CZ287308B6 - Zařízení ke katalycké redukci NOx - Google Patents

Abstract

Zařízení ke katalytické redukci oxidů dusíku NO.sub.x.n. ve spalinách (12''), obsahujících kyslík, za použití močoviny, má redukční katalyzátor (5), umístěný v odvodu (2) spalin, a tlakovou nádrž (7) na roztok močoviny, připojenou přívodním zařízením pro roztok (6) močoviny, přičemž roztok močoviny je před kontaktem s redukčním katalyzátorem (5) odpařen v proudu spalin (12'') a hydrolyzován na amoniak a oxid uhličitý. Přívodní zařízení sestává z kombinované části pro odpaření a katalytickou hydrolýzu roztoku močoviny a je vytvořeno jako výparník (34), směšovač proudění a katalyzátor hydrolýzy.ŕ

Description

Zařízení ke katalytické redukci oxidů dusíku NO_X ve spalinách

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení ke katalytické redukci NO_X.

Dosavadní stav techniky

Použití močoviny jako redukovadla pro selektivní, katalytickou redukci oxidů dusíku ve zplodinách obsahujících kyslík je popsáno vEP0 487 886Bl téhož přihlašovatele, právo přednosti 29. 11. 1990. Podobné použití močoviny popisuje časopis, SAE páper 900 496 (1990), strana 13 až 19.

Močovina minimalizuje použití jedovatého a intenzivně páchnoucího amoniaku a tím převážení amoniaku v motorových vozidlech a jeho skladování, což vyžaduje odpovídající bezpečnostní opatření.

Podle známého stavu techniky se roztoky močoviny předehřejí a rozpráší přímo do vedení spalin před redukční katalyzátor. U tohoto postupu se tvoří nežádoucí reakční produkty. Při termolýze močoviny, pokud se ohřeje přes teplotu tavení 133 °C, se močovina rozloží za vzniku plynů (NH₃, HNCO) na netavitelnou kyselinu kyanatou a další pevné produkty. Při ohřevu na 130 °C až 205 °C močovina sublimuje za částečného rozkladu na amoniak a reaktivní kyselinu izokyanatou. Ve zbytku zůstává biuret, kyselina kyanatá a další látky. Vznik kyseliny kyanaté a dalších látek je pro zplyňování močoviny velmi závadné, poněvadž z pevné močoviny především vzniká tekutá močovina, dále však opět pevné, netavitelné látky.

Podle EP 0487 886 Bl se počítá s tím, že se roztok močoviny rozpráší rozprašovací tiyskou na hydrolyzační katalyzátor. Tím se umožní kvantitativní přeměna močoviny hydrolýzou na amoniak a oxid uhličitý v teplotní oblasti 180 °C až 550 °C, důležité pro redukční katalýzu.

Podstata vynálezu

Vynález spočívá v úkolu dále vyvinout zařízení podle EP 0 487 886 Bl, přičemž se docílí zmenšení potřeby místa zařízení ke zpracování spalin, nutné pro vestavbu do vozidla, a je zajištěna kvantitativní reakce močoviny na amoniak a oxid uhličitý.

Kvantitativní reakcí je reakce se stupněm účinnosti vyšším než 99,9 %, přičemž se významně snižuje výskyt následujících nežádoucích vedlejších efektů:

- usazení močoviny na vstupu na katalyzátor,

- povlak na zařazeném redukčním katalyzátoru tvořený nespálenými uhlovodíkovými látkami,

- pronikání močoviny a částic generujících močovinu, například kyseliny kyanaté,

- tvorbu kyseliny izokyanaté.

Úkol podle vynálezu se vyřeší znaky nároku 1.

Výpamíkem podle vynálezu, který je vytvořen v jedné stavební jednotce jako směšovač proudění a katalyzátor hydrolýzy, se dosahuje stupeň účinnosti alespoň 99,9 % a tím se zamezuje vzniku shora uvedeným vedlejším účinkům. Velikost výpamíku je přitom přizpůsobena vozidlu.

Podle vynálezu je výpamík vybaven tenkými, nepřímými kanály, které jsou navzájem spojeny drážkami nebo malými vývrty. Tímto vytvořením se mlhovina roztoku močoviny vystupující

-1 CZ 287308 B6 z trysky rozdělí do množství proudových vláken, které se uvnitř výpamíku ohýbají, částečně se svedou dohromady a opět se oddělují. Tím je zajištěno, že mlhovina roztoku močoviny vstupuje pokud možno rychle do kontaktu s teplovodným ostěním kanálů. Spojení mezi kanály umožňuje také dílčí příčná proudění, která jsou způsobena tlakovými rozdíly uvnitř sousedních kanálů. Příčná proudění zajišťují stejnoměrné rozdělení proudu mlhoviny, případně páry na celý průřez výpamíku a připojeného katalyzátoru.

V EP-A 0 468 919 je sice patrný směšovač plynných proudění, který však není obalen katalyticky aktivní vrstvou.

Popsaným provedením výpamíku podle vynálezu se úspěšně zabrání, že výměníkem prochází kapky roztoku močoviny.

Nosné těleso výpamíku je přednostně vytvořeno z kovu s vysokou tepelnou vodivostí, přičemž kanály jsou navzájem odděleny velmi tenkým kovovým ostěním a mají drážky a vývrty pro příčná proudění. Kovová ostění dovolují rychlý přívod tepla k místu vzniku kapičky roztoku a tím její odpaření. Je zabráněno studeným místům, jaká vznikají u keramiky.

Výpamík lze přednostně vytvořit z vhodně profilovaných, tenkých kovových fólií, které mají kromě jiného drážky nebo vývrty. Fólie se potom k vytvoření nosného tělesa výpamíku spirálovitě srolují a obepnou válcovitým pláštěm. Fólie tvoří po srolování v podstatě axiální kanály, které ale neprobíhají přímo, nýbrž jsou v pokud možno krátkých odstupech, 5 až 10 mm, ohnuty.

Kanály a rovněž drážky nebo otvory mají přednostně průměr v rozsahu několika milimetrů, zvláště mezi 1 až 2 mm.

Podle dalšího provedení vynálezu jsou ostění kanálu v nosném tělese překryty aktivním materiálem s velkým povrchem a otevřenými póiy. Takovéto katalyticky aktivní překrytí zachytí kapky roztoku a zajišťuje požadovaný kvantitativní rozklad roztoku močoviny na amoniak a oxid uhličitý.

Pro dostatečné urychlení odpaření s hydrolýzou a k inhibování vzniku nežádoucích vedlejších produktů, se součásti přicházející do styku s mlhovinou roztoku močoviny, zejména nosná struktura katalyzátoru, překryjí jemnými anorganickými oxidy. Anorganické oxidy musí být při teplotách až 700 °C rezistentní vzhledem ke spalinám z dieselových motorů a musí zůstat stabilní mnoho tisíc hodin provozu. Proto se používá směsí oxidu hlinitého s oxidem titaničitým, oxidem křemičitým, oxidem zirkoničitým a/nebo H-zeolit v hmotnostním poměru mezi oxidem hlinitým a dalšími oxidy od 90 : 10 až 10 : 90.

Použití směsí oxidu kovů, obsahujících H-zeolit, zajišťuje u výpamíku podmínky vhodné pro selektivní, katalytickou redukci NO_X amoniakem a dovoluje proto redukovat obsah katalyzátoru o 10 až 30 %. Jako H-zeolit resistentní proti spalinám z dieselová motoru se osvědčil H-Modemit, H-ZSM₅ a krakovací katalyzátor bohatý na křemík.

Oxidy kovu s jemnými částicemi jsou sami zvláště aktivní, avšak mohou obsahovat jako krakovací katalyzátory ještě následující nosné látky samostatně nebo ve směsi: oxid niobičitý, oxid tantalobičný, oxid wolframový, křemičitan hlinitý a další zeolity.

Výpamík je umístěn v odvodu spalin, kde je fixován v směru proudění před redukčním katalyzátorem. To má výhodu, že se pro odpaření a hydrolýzu používá teplo přímo z proudu spalin. Spaliny, které přitom rovněž proudí výpamíkem, zajišťují dopravu mlhoviny roztoku močoviny. Výpamík zaujímá přednostně celý průřez odvodu spalin. Je ale také možné dimenzovat výpamík malý a nechat ho obtékat dílčím proudem spalin a tím dosáhnout homogenizace teploty.

-2CZ 287308 B6

K zabránění pronikání redukčního činidla může být za redukčním katalyzátorem umístěn ještě oxidační katalyzátor. Výpamík a katalyzátory jsou uzavřeny vjednom plášti, do kterého je rovněž integrován alespoň jeden tlumič zvuku. Přednostní je, když je tlumič zvuku umístěn již v odvodu spalin před promísením spalin a roztoku močoviny.

V dalším výhodném provedení vynálezu je jednostranně před výpamíkem umístěna přípravná komora, která sestává z vodicích plechů a zabezpečuje pokud možno stejnoměrné rozdělení mlhoviny roztoku močoviny v průřezu výpamíku.

Jako rozprašovací tryskaje použita tlaková rozprašovací tryska, která je připojena na vedení, do něhož ústí vedení tlakového vzduchu a vedení přívodu roztoku močoviny. Vedení tlakového vzduchu ústí do vedení přívodu močoviny co nejblíže u zásobní nádrže roztoku. Tím se může dosáhnout směsi plyn - roztok ještě před výstupem z trysky a může se tím podpořit co možná nejjemnější rozptýlení roztoku. Vedením, které je naplněno tlakovým vzduchem a roztokem močoviny, se zestejnoměmí nestejnoměrné rozdělení roztoku způsobené dávkovacím zařízením, takže v tlakové rozprašovací trysce je zajištěn stejnoměrný proud roztoku.

Zásobní nádrží pro roztok močoviny je přednostně tlaková nádoba, která může být připojena ke stejné síti tlakového vzduchu. Pomocí magnetického ventilu na spojení s tlakovou nádobou lze přesně dávkovat přívod roztoku močoviny. Tím není nutné použití čerpadla, citlivého na krystaly močoviny a kromě toho nepřesně regulovatelné. Regulace magnetického ventilu pro dávkování roztoku močoviny nastává v závislosti na zatížení a otáčkách spalovacího motoru. Tím lze přizpůsobit potřebu roztoku močoviny v závislosti na situaci provozu a na koncentraci NO_X ve spalinách, takže se zabraňuje nahromadění amoniaku uvolněného z roztoku močoviny v redukčním katalyzátoru. Tím je také zajištěn bezchybný provoz redukčního katalyzátoru. Dávkování může také nastat při použití NO_X senzoru proporcionálně k obsahu NO_X ve spalinách.

Roztok močoviny se při teplotě pod 160 °C neúplně rozkládá za vzniku vedlejších produktů na amoniak a oxid uhličitý. Proto je navrhováno překrýt regulaci dávkování regulací teploty, která při překročení dolní teploty spalin v oblasti katalyzátoru zcela znemožňuje přívod roztoku močoviny.

Pro zamezení ukládání krystalů močoviny a produktů rozpadu uvnitř pláště a na zde se nacházejících součástech jsou alespoň oblasti stěn, přicházející do styku s roztokem močoviny, opatřeny pro rychlé odpaření a hydrolýzu kapek porézním překrytím, z anorganických oxidů.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresech jsou schématicky znázorněny příklady provedení podle vynálezu. Na výkresech znázorňuje:

obr. 1 příklad provedení výfukového systému spalovacího motoru, obr. 2 detail z obr. 1, obr. 3 přívodní zařízení obr. 4 a 5 příklad provedení zařízení v přípravné komoře, obr. 6 další příklad se zobrazením detailu a obr. 7 další příklad provedení.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn spalovací motor 1 s příslušnými vedeními 2, spalin 12. Redukční katalyzátor 5 je vytvořen ke snížení škodlivin NO_X. Jako redukční prostředek se používá

-3CZ 287308 B6 amoniak, který se získá rozpadem roztoku 6 močoviny. Roztok 6 močoviny je umístěn v tlakové nádrži 7 a rozkládá se teplem ze spalin v plášti 30 promícháním, odpařením a hydrolýzou na amoniak a oxid uhličitý. Tyto plyny se promíchají se spalinami 12 a jsou vedeny na redukční katalyzátor 5.

Pro rozklad roztoku 6 močoviny je umístěn v plášti 30 ve směru proudění spalin 12 před redukčním katalyzátorem 5 výpamík 34. Nosná konstrukce výpamíku 34 je tvořena teplovodivými plechy, které jsou současně vytvarovány jako proudové směšovače, takže uvnitř výpamíku 34 dochází k cirkulaci a existují v něm radiální a tangenciální komponenty proudění. Tím se musí zajistit pokud možno rychlý a úplný přenos tepla na mlhovinu 13 roztoku 6 močoviny. Kromě toho se musí příčným prouděním dosáhnout rovnoměrného rozdělení mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny a rovněž z ní vznikajícího plynu po celém průřezu výpamíku 34. V přípravné komoře je uprostřed umístěna tlaková rozprašovací tryska 9 a je obtékána spalinami 12. Mlhovina 13 roztoku 6 močoviny je strhávána přímo proudem spalin 12 a je unášena do výpamíku 34.

Na obr. 2 je znázorněno detailní provedení výpamíku 34· Tento výpamík 34 sestává z množství v podstatě podélných kanálů 20. Jak je detailně znázorněno v řezu, nejsou kanály 20 vytvořeny přímočaré, nýbrž se záhyby 21, které na sebe navazují v krátkých odstupech. Stěny 22 kanálů 20 sestávají z tenkého plechu, které jsou opatřeny průchozími prolisy nebo vývrty 23, které dovolují částečné proudění z kanálů 20 do sousedních kanálů 20. Vývrty 23 znázorněné podle obr. 2 na přímých úsecích kanálů 20 mohou být také vytvořeny v záhybech 21, čímž může být oddělení proudu plynu na jednom místě a spojení s proudy plynu na jiném místě ještě účinnější. Tímto provedením výpamíku 34 se zabraňuje, že kapky roztoku 6 močoviny mohou bez odpaření projít výpamíkem 34 a že nestejnoměrné rozdělení mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny na vstupu výpamíku 34 není v celém výpamíku 34.

Aby se mohla ve výpamíku 34 provést hydrolýza, jsou stěny 22 kanálu 20 opatřeny katalyticky aktivním překrytím z oxidů kovů. Aktivní komponenty překrytí jsou směsi s jemnými částicemi z oxidů kovů, například oxidu hlinitého s oxidem titaničitým, oxidem křemičitým, oxidem zirkoničitým, které se přidávají sami nebo ve směsi s nosnou látkou, jako oxid niobičný, oxid tantaličný, oxid wolframičitý a/nebo H-zeolit, přičemž hmotnostní poměr mezi oxidem hlinitým a ostatními oxidy může variovat od 90 : 10 až 10 : 90, přičemž překrytí má koncentraci 40 až 220 g/1, přednostně 60 až 160 g směsi oxidů kovů na 1 litr objemu katalyzátoru. Aktivní komponenta je použitelná při objemové rychlosti přes 30 000 h^_1, minimálně mezi 240 °C a 650 °C.

Hydrolýza ve výpamíku 34 nastává, když roztok 6 močoviny vstupuje dále do zařízení v podobě mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny, to znamená ve velmi malých kapičkách. Proto je vytvořena tlaková rozprašovací tryska 9, do které je pomocí vstupního vedení 10 přiváděn tlakový vzduch a roztok 6 močoviny. Pro připravení pokud možno dlouhé dráhy, která zajišťuje dostatečné promíchání tlakového vzduchu s roztokem 6 močoviny, ústí vedení 11 tlakového vzduchu do vstupního vedení 10 co nejblíže tlakové nádrži 7. Z vedení 11 tlakového vzduchu se větví další vedení 11' tlakového vzduchu s tlakovým řídicím ventilem 14. Pro kvantitativní rozpad roztoku 6 močoviny na amoniak a oxid uhličitý za omezení tvorby vedlejších produktů je podstatný velmi rychlý ohřev roztoku 6 močoviny na teplotu 150 °C a rychlá hydrolýza. To je možné vedle shora popsaných opatření příznivě ovlivnit přípravnou komorou, ve které nastává odpovídající přimíchání spalin 12 do mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny. Spaliny 12 jsou v tomto případě přiváděny do první části 32 přípravné komory tangenciálně. Takto ve spalinách 12” vzniklá šroubovice se zesiluje vířivým kotoučem 33, který rozděluje přípravnou komoru do dvou částí 32, 32'. Spaliny 12 vstupují do první části 32 přípravné komory a dále proudí vířivým kotoučem 33 do druhé části 32' přípravné komory, ve které je umístěna tlaková rozprašovací tryska 9. Šroubovým pohybem spalin 12 částečně odpařené kapičky mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny cirkulují a smíchají se spalinami 12”. Tato směs potom vstupuje do výpamíku 34·

-4CZ 287308 B6

V plášti 30 je za výpamíkem 34 umístěn redukční katalyzátor 5 a rovněž oxidační katalyzátor 35. Kromě toho je do pláště 30 integrován tlumič 36 zvuku, který je vytvořen jako trychtýřovitá výstupní trubka 37. Tlumení zvuku se může také již provádět před smícháním spalin 12 5 s mlhovinou 13 roztoku 6 močoviny. Za tím účelem se přípravná komora obloží zvukově izolační vrstvou.

Spaliny 12” smíchané s amoniakem a oxidem uhličitým přejdou z výpamíku 34 do redukčního katalyzátoru 5, ve kterém se známým postupem redukuje NO_X.

Pro zabezpečení proveditelnosti popsaného systému redukce NO_X v provozu je nutné udržovat redukční katalyzátor 5 volný od přebývajícího amoniaku. Proto je vytvořen regulátor 15 patrný na obr. 1, který reguluje magnetický ventil 16 pro řízené dávkování přívodu roztoku 6 močoviny v závislosti nejen na otáčkách motoru, nýbrž také na zatížení motoru. Tím je přívod roztoku 6 15 močoviny dávkován podle potřeby, to znamená podle obsahu NO_X ve spalinách 12, takže se amoniak uvolněný hydrolýzou zcela využije v redukčním procesu. Regulace je rovněž ovlivněna signály ze dvou teplotních senzorů 17 a 18, které kontrolují teplotu spalin 12 v oblasti přeměny škodlivin. Jestliže signalizuje jeden z teplotních senzorů 17, 18 teplotu pod stanovenou hodnotou, pod níž není možný úplný rozklad mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny na amoniak, přeruší se 20 přívod roztoku 6 močoviny až nastane v systému spalin 12 opět požadovaná teplota.

Další opatření, které podporuje bezvadný chod systému, spočívá v překrytí stěn obou částí 32, 32' přípravné komory, které jsou ve styku s roztokem 6 močoviny, materiálem, který vedením tepla a aktivními komponentami zabraňuje vzniku krystalů roztoku 6 močoviny jeho včasným 25 odpařením a hydrolýzou. Rovněž se také může k tepelné izolaci pláště 30 přiřadit možnost ohřevu tlakové rozprašovací trysky 9 a/nebo dalších součástí. Ohřev vstupního vedení 10 a tlakové rozprašovací trysky 9 zabraňuje, že zejména v tlakové rozprašovací trysce 9 jsou malé krystaly roztoku 6 močoviny.

Na obr. 4 a 5 je další provedení obou částí 32, 32' přípravné komory s vodicím plechem 40, do jehož úzké strany vyčnívá tlaková rozprašovací tryska 9 a kolem kterého proudí spaliny 12. Vodicí plech 40 má množství otvorů 41, kterými proudí spaliny 12. Mezi vnitřní a vnější oblastí vodícího plechu 40 existuje tlakový spád p = pi - p₂, kde p₇ je vnitřní tlak a pi vnější tlak, který má vliv na rychlost v_a spalin 12 dílčích paprsků spalin 12· Jednotlivé paprsky spalin 12 35 vstupují do mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny a promísí se s ní Volbou průměru a vzdálenosti otvorů 41 a rovněž polohy tlakové rozprašovací tiysky 9 se může řídit přimíchání mlhoviny 13 roztoku 6 močoviny do spalin 12” a přítok do výpamíku 34·

Další varianta je znázorněna na obr. 6, na němž má mísící zařízení 60 tři řady vodicích drážek 61 40 až 63, které jsou stejnoměrně rozděleny na obvodech oblastí m, n, o mísícího zařízení 60.

Vodícími drážkami 61 až 63 získají spaliny 12 točivý pohyb, který v první oblasti m a třetí oblasti o zesiluje dílčí paprsky 64 a 65 spalin ve směru vstupního točivého pohybu, zatímco druhá vodicí drážka 62 způsobuje ve druhé oblasti n obrácení cirkulace. Na obr. 6a je znázorněn průřez druhou oblastí n, v níž po obvodu umístěné druhé vodicí drážky 62, případně vodicí 45 plechy způsobují obrácení proudění třetího paprsku 66 spalin 12. V první a třetí oblasti m, o jsou vodicí drážky 61 a 63 a dovnitř směřující vodicí plechy nasměrovány tak, že si dílčí proudění spalin 12 ponechává svůj původní směr proudění. Obrácením cirkulace se vytvoří v oblasti mezi tlakovou rozprašovací tryskou 9 a výpamíkem silná turbulence. Vícenásobným obrácením cirkulace se může zesílit promíchání.

Další varianta je znázorněna na obr. 7, na němž je směšovač 70 opatřen v obou částech 32, 32' přípravné komory vstupy 71, které mají více rozváděčích plechů 72, které způsobují cirkulaci jednotlivých vstupujících proudů 73 spalin. Rozváděči plechy 72 jsou umístěny paprskovitě, takže proudí ve vnitřní oblasti 74 směšovače 70, který tvoří druhou část 32' přípravné komoiy,

-5CZ 287308 B6 množství jednotlivých proudů 73 spalin 12 a způsobují silnou turbulenci, která rovněž způsobuje dobré promíchání mezi spalinami 12 a mlhovinou 13 roztoku 6 močoviny.

V následujícím je rozložení roztoku 6 močoviny na amoniak a oxid uhličitý blíže popsáno pomocí dvou příkladů provedení:

Příklad provedení 1

V ohřáté křemenné trubce byla kovová nosná voština s drážkou s generací příčného proudění podle obr. 2 o délce 43 mm, překrytá směsí kovových oxidů o složení A z tabulky 1 postříkána 18,8 ml/h vodného roztoku 6 močoviny (32,5 % hmotn.) z nastavitelné mikrotrysky poháněné čerpadlem, zatímco přes katalyzátor proudila plynná směs CO₂ (8 %), HC (200 ppm Cj), CO (100 ppm), SO₂ (20 ppm), vodní pára (5 %) dusík a kyslík. Objemová rychlost plynné směsi (2480 1/h) činila 60 000 h“¹. Plynná směs proudila k analýze na kyvetě s dlouhou dráhou (optická délka dráhy 2 m), ohřáté na 110°C. Spektrum ukazuje tvorbu amoniaku (2000 ppm) a oxidu uhličitého (1000 ppm) v molámím poměru 2 : 1 podle úplné hydrolýzy močoviny podle rovnice CO(NH₂)₂ + H₂O -> 2NH₃ + CO2 v oblasti teplot 160 až 600 °C. Po dobu konání pokusu během 8 hodin při 200, 300 a 400 °C byla plynná směs vedena po opuštění katalyzátoru chladičem o teplotě 4 °C a sublimát na výstupu z chladiče a kondenzát byly kvantitativně analyzovány. Sublimát sestával při všech teplotách z 5 až 10 mg močoviny. Tím byla realizována přeměna močoviny z alespoň 99,97 %.

Srovnávací příklad la

Byl opakován příklad 1. Byla použita kovová nosná voština běžného typu s rovnoběžnými kanály 20 s délkou 43 mm překrytá směsí kovových oxidů o složení A podle tabulky 1 a za stejných podmínek byla provedena hydrolýza močoviny. Také zde byla v rámci přesnosti měření spektrometru pozorován molový poměr NH3/CO2 2:1. Naproti tomu při dlouhodobých zkouškách byl pozorován průnik močoviny, rozklad močoviny činil při 200 °C 96,8 %, 300 °C 98,4 %, 400 °C 99,6 %.

Srovnávací příklad lb

Opakuje se příklad 1. Použije se nepřevrstvená nosná kovová voština běžného typu s rovnoběžně uspořádanými kanály 20 s délkou 43 mm. Spektrum ukazuje vedle plynů NH₃ a CO₂ výskyt HNCO. Nastává silná zpětná reakce na močovinu (200 °C 68 %, 300 °C 79 %, 400 °C 83 %).

Příklady 2 až 6

Pokus popsaný v příkladu 1 se opakuje za téměř stejných podmínek s překrytím o složení B až E podle tabulky 1. Ve všech případech byl zjištěn rozpad močoviny alespoň z 99,95 %.

Příklady 7 až 11

V další řadě pokusů se za téměř shodných podmínek jako u příkladů 1 až 6 k plynné směsi přidá 2000 ppm NO. Zatímco u katalyzátorů podle příkladů 7 až 9 s překiytím A až C byla zjištěna redukce NO_X maximálně 10 %, zajišťují katalyzátory podle příkladů 10 a 11 s překiytím D a E redukci NO nezávislou na teplotě mezi 15 % při 300 °C a 35 % při 500 °C.

Příklad 12

K vytvoření spalin 12 slouží 12 litrový dieselův šestiválec s optimálně nastavenou spotřebou motorové nafty s hmotnostním podílem síry 0,045 % a v obchodě běžným motorovým olejem. Motor byl provozován ve 13 stupňovém testu podle 88/77/EHS. Cílem pokusu bylo snížení limitních škodlivin, tj. lig NO_x/kWh, 3,5 g CO/kWh a 1,1 g HC/kWh o alespoň 70%. Jako

-6CZ 287308 B6 redukční činidlo pro redukci NO_X byl zařízením znázorněným na obr. 1 rozprášen 32,5% roztok 6 močoviny. Byly použity následující součásti:

1. Výpamík 34, RG 90 000 1Γ¹, aktivní komponenty: směs kovových oxidů se složením A podle tabulky 1, nosič: kovová voština podle obr. 2.

2. Redukční katalyzátor 5, RG 30 000 h^-1, aktivní komponenty: V₂O₅/WO₃/TiO₂ na kovové voštině.

3. Oxidační katalyzátor 35, RG 90 000 1Γ¹, aktivní komponenty: platina na kovové voštině stabilizované oxidem hlinitým.

Jako výsledek zpracování spalin 12 bylo zjištěno: 3,2 g NO_x/kWh (71 %), 0,9 g CO/kWh (74 %), 022 g HC/kWh (80 %). Extrakce částic horkou vodou a izopropanolem a gravimetrické stanovení močoviny ukazují průnik 2 mg/kWh močoviny. Tato malá hodnota ukazuje, že průnik močoviny nemůže způsobit měřitelné zvýšení hmotnosti částic. V oblasti vstupu katalyzátoru 5 nebyly nalezeny usazeniny močoviny nebo produktů rozpadu močoviny. Rozprášení redukčního prostředku, kterým je vodný roztok 6 močoviny, nastává nad minimální teplotou spalin, stanovenou teplotními senzory 17, 18, to znamená nad 250 °C, množstvím vodného roztoku 6 močoviny ze 75 % ekvivalentním pro odbourání NO_X.

Příklad 13

Test zkoušení motoru, popsaný v příkladu 12, byl opakován s následujícími součástmi:

1. Výpamík 34, RG90 000h^_1, aktivní komponenty se složením D podle tabulky 1, nosič: kovová voština podle obr. 2.

2. Redukční katalyzátor 5, RG 36 000 h'¹, aktivní komponenty a nosič jako u příkladu 12.

3. Oxidační katalyzátor 35 jako u příkladu 12.

Jako výsledek zpracování spalin 12 bylo zjištěno: 3,2 g NO_x/kWh (71 %), 0,9 CO/kWh (74 %) a 0,24 g HC/kWh (22 %). Průnik močoviny činil 2,5 mg/kWh.

Tabulka 1

Aktivní komponenty výpamíku 34 (g/1)

	A12O3 ϋ	TiO2 2)	SiO2 S)	ZrO2	H-modemit	HZSM5
A	120	—	40	10	—	—
B	90	80	10	-	-	—
C	30	110	10	—	—	—
D	70	—	-	—	70	—
E	70	-	-	-	-	70

1) y-Al₂O₃ (120 m²/g), 2) Degussa P25, 50 m²/g, 3) SiO₂ (170 m²/g)

Příklady provedení A až odpovídají stavu techniky. Příklady D a E odpovídají nároku 7.

Příklady výroby výpamíku 34

Kovová nosná voština o průměru 35 mm a délce 43 mm se ponořením do suspenze 25 % hmotn. vody a A1₂O₃, SiO₂ a ZrO₂, hmotnostní poměr 12 : 4 : 1, složení A, a vyfouknutím přebytečného materiálu opatří povlakem. Suší se při 120 °C, 5 hodin se při teplotě 700 °C kalcinuje. U směsí B až E se postupuje analogicky.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení ke katalytické redukci oxidů dusíku NO_X ve spalinách (12), obsahujících kyslík, za použití močoviny, s redukčním katalyzátorem (5), umístěným v odvodu (2) spalin, a tlakovou nádrží (7) na roztok močoviny, připojenou pomocí přívodního zařízení pro roztok (6) močoviny, k redukčnímu katalyzátoru (5), přičemž roztok močoviny je před kontaktem s redukčním katalyzátorem (5) odpařen v proudu spalin (12) a hydrolyzován na amoniak a oxid uhličitý, vyznačující se tím, že přívodní zařízení sestává z kombinované části pro odpaření a katalytickou hydrolýzu roztoku močoviny a je vytvořeno jako výpamík (34), směšovač proudění a katalyzátor hydrolýzy.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výpamík (34) obsahuje dělič proudění mlhoviny (13) roztoku (6) močoviny na jednotlivá proudová vlákna, obraceč proudění, rozdělovač proudění a spojovač proudění.
3. 3. Zařízení podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výpamík (34) je vytvořen z kovu a sestává z kanálů (20) vytvořených ve směru proudění, které jsou navzájem proudově propojeny.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že kanály (20) výpamíku (34) mají záhyby (21) a ve stěnách (22) kanálů (20) jsou vytvořeny vývrty (23) pro dílčí proudění kolmá k hlavnímu směru proudění.
5. 5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že kanály (20) výpamíku (34) mají vývrty (23) o průměru několika milimetrů, přednostně pod 2 mm.
6. 6. Zařízení podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výpamík (34) má na stěnách (22) kanálů (20) překrytí s otevřenými póry z anorganických oxidů s jemnými částicemi.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že překrytí sestává ze směsi oxidu hlinitého s oxidem titaničitým, oxidem křemičitým, oxidem zirkoničitým a případně s nosnými látkami, jako oxid niobičný, oxid tantaličný, oxid wolframový nebo jejich směs a/nebo H-zeolit, přičemž hmotnostní poměr mezi oxidem hlinitým a ostatními oxidy činí 90 : 10 až 10 : 90.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že překrytí je provedeno s koncentrací 40 až 220 g směsi oxidů kovů na litr objemu katalyzátoru, přednostně s koncentrací 60 až 160 g směsi oxidů kovů na litr objemu katalyzátoru.
9. 9. Zařízení podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výpamík (34) je umístěn ve směru proudění spalin (12) před redukční katalyzátor (5), případně s obtokem.
10. 10. Zařízení podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, zeza redukčním katalyzátorem (5) je ve směru proudění spalin (12) umístěn oxidační katalyzátor (35) .

    -8CZ 287308 B6
11. 11. Zařízení podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ve směru proudění spalin (12) je před výpamíkem (34) umístěna přípravná komora pro rozdělení mlhoviny (13) roztoku (6) močoviny.
12. 12. Zařízení podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že části stěn pláště (30), které jsou ve styku s roztokem (6) močoviny, jsou pokryty překrytím s otevřenými póry z anorganických oxidů, přednostně směsí oxidu hlinitého s oxidem titaničitým, oxidem křemičitým, oxidem zirkoničitým a případně s nosnými látkami, jako oxid niobičný, oxid tantaličný, oxid wolframový nebo jejich směs a/nebo H-zeolit, přičemž hmotnostní poměr mezi oxidem hlinitým a ostatními oxidy činí 90 : 10 až 10 : 90.
13. 13. Zařízení podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přívodní zařízení pro roztok (6) močoviny sestává z magnetického ventilu (16) pro močovinu, řízeného v závislosti na zatížení a otáčkách spalovacího motoru, který je případně připojen k NO_X senzoru, který je umístěn ve vedení (2) spalin nebo ve směšovací komoře.