DE102006043101A1

DE102006043101A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak

Info

Publication number: DE102006043101A1
Application number: DE102006043101A
Authority: DE
Inventors: Norbert Breuer; Stefan Woerz; Andreas Genssle; Peter Riegger; Franz-Josef Trompeter; Thomas Hauber; Markus Hernier; Ralf Wegst; Thorsten Raatz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-07-05
Also published as: FR2893260A1; FR2893260B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator dem Abgas beigemischt wird. Dabei ist eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Stickoxid-Erzeugungseinheit und eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Wasserstoff-Erzeugungseinheit vorgesehen und Stickoxid der Stickoxid-Erzeugungseinheit und der Wasserstoff der Wasserstoff-Erzeugungseinheit ist zumindest einem Speicherkatalysator oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator zur Speicherung des Stickoxids und zur Bildung des Ammoniaks zugeführt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator dem Abgas beigemischt wird. Dabei wird Stickoxid in einer von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennten Stickoxid-Erzeugungseinheit erzeugt und in zumindest einem Speicherkatalysator oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator gespeichert. Weiterhin wird Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch in einer von der Verbrennungsquelle ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung z oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator ur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator dem Abgas beigemischt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator dem Abgas beigemischt wird.

Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion kann zur Verringerung der NO_x-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak sein, welches direkt gasförmig zudosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen werden.

In der DE 10139142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NO_x-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass HWL beim Betrieb der Brennkraftmaschine verbraucht wird. Dabei liegt der Verbrauch bei ca. 4% des Kraftstoffverbrauchs. Die Versorgung mit Harnstoff-Wasser-Lösung müsste entsprechend großflächig, zum Beispiel an Tankstellen, sichergestellt sein. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt in dem notwendigen Betriebstemperaturbereich. Die Thermolysereaktion der Harnstoff-Wasser-Lösung findet erst ab Temperaturen um 130°C statt und die Hydrolysereaktion zur Umsetzung von Wasserstoff und Stickoxid am Hydrolysekatalysator zu Ammoniak erst im Bereich von 200°C bis 220°C. Diese Temperaturen im Abgas werden beispielsweise bei Dieselmotoren erst nach längerer Betriebsdauer erreicht. Aufgrund von Abscheidungen kann es bei Temperaturen unterhalb von 200°C zu Verstopfungen an der Dosiereinheit kommen, welche die Zufuhr der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgastrakt zumindest behindern. Weiterhin kann eine Zudosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung bei Temperaturen unter 200°C auf Grund einer Polymerisation zur Hemmung der notwendigen katalytischen Eigenschaften am Hydrolysekatalysator oder am SCR-Katalysator führen.

In der DE 199 22 961 C2 ist eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, wenigstens von darin enthaltenen Stickoxiden mit einem Ammoniakerzeugungskatalysator zur Erzeugung von Ammoniak unter Verwendung von Bestandteilen wenigstens eines Teils des von der Verbrennungsquelle emittierten Abgases während Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen und einem dem Ammoniakerzeugungskatalysator nachgeschalteten Stickoxidreduktionskatalysator zur Reduktion von im emittierten Abgas der Verbrennungsquelle enthaltenen Stickoxiden unter Verwendung des erzeugten Ammoniaks als Reduktionsmittel beschrieben. Dabei ist eine verbrennungsquellenexterne Stickoxid-Erzeugungseinheit zur Anreicherung des dem Ammoniakerzeugungskatalysator zugeführten Abgases mit von ihr erzeugtem Stickoxid während der Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen vorgesehen. Als Stickoxid-Erzeugungseinheit ist beispielsweise ein Plasmagenerator zur plasmatechnischen Oxidation von in einem zugeführten Gasstrom enthaltenem Stickstoff in Stickoxid vorgeschlagen. Der zur Ammoniakerzeugung benötigte Wasserstoff wird während der Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen durch den Betrieb der Verbrennungsquelle mit einem fetten, d.h. kraftstoffreichen Luftverhältnis erzeugt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der relativ hohe Kraftstoffverbrauch während der notwendigen Fettbetriebsphasen. Weiterhin ist ein hoher Energiebedarf zur motorexternen Bereitstellung des Stickoxids erforderlich, insbesondere, da Stickoxid während der möglichst kurzen Ammoniakerzeugungs-Betriebsphasen in hoher Konzentration hergestellt werden muss und der verbleibende Restsauerstoff zur Erzeugung von Ammoniak energieaufwendig entfernt werden muss. Wird der Wasserstoff über einen POx-Katalysator durch eine partielle Oxidations-Reformierung (POx) erzeugt, liegt ein weiterer Nachteil in der noch unzureichenden Dynamik der Wasserstoff-Erzeugung.

Ein plasmachemisches Verfahren zur Erzeugung einer wasserstoffreichen Gasmischung ist in der WO 01/14702 A1 beschrieben. Dabei wird in einem Lichtbogen eine fette Kraftstoff-Luft-Mischung, vorzugsweise unter POx-Bedingungen, behandelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welche die Herstellung von Ammoniak mit geringem Energieaufwand aus den Betriebsstoffen der Verbrennungsquelle ermöglicht.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, hierzu ein geeignetes Verfahren bereitzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Stickoxid-Erzeugungseinheit und eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Wasserstoff-Erzeugungseinheit vorgesehen ist und dass das Stickoxid der Stickoxid-Erzeugungseinheit und der Wasserstoff der Wasserstoff-Erzeugungseinheit zumindest einem Speicherkatalysator oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator zur Speicherung des Stickoxids und zur Bildung des Ammoniaks zugeführt ist. Die Ammoniakerzeugung findet somit außerhalb des Abgasstranges ohne einen Eingriff in den Betriebszustand der Verbrennungsquelle statt. Bei einem Verbrennungsmotor müssen somit keine kraftstoffverbrauchsintensiven Fettbetriebsphasen zur Erzeugung des zur Ammoniaksynthese benötigten Wasserstoffs vorgesehen werden, der Verbrennungsmotor kann in einem verbrauchsoptimierten Zustand betrieben werden. Die Speicherung des erzeugten Stickoxids in einem Stickoxidspeicher verringert gegenüber dem Stand der Technik den Energieaufwand zur Ammoniakerzeugung. Weiterhin entfällt durch die Speicherung das energieintensive Verbrennen des Restsauerstoffs, der bei der Stickoxidbildung zurückbleibt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stickoxidspeicher und der Katalysator als Speicherkatalysator zu einer Baueinheit zusammengefasst. Hierdurch kann die Bauform besonders kompakt gewählt werden.

Dadurch, dass der Wasserstoff-Erzeugungseinheit Kraftstoff und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch und der Stickoxid-Erzeugungseinheit Luft und/oder Abgas zugeführt ist, wird das Ammoniak aus ohnehin vorhandenen Betriebsmitteln der Verbrennungsquelle gewonnen. Weitere Betriebsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung, müssen nicht mitgeführt werden. Als weiteres Oxidationsmittel zum Luftsauerstoff kann zur Wasserstoffherstellung Wasser eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Kraftstoff-Abgas-Gemisch, welches diesen Wasseranteil aufweist, realisiert werden.

In einer kostengünstigen Ausgestaltung der Erfindung mit einer geringen Anzahl benötigter Komponenten und einem besonders raumsparenden Aufbau ist eine kombinierte Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit zur abwechselnden Erzeugung von Wasserstoff und Stickoxid vorgesehen. Die Herstellung von Ammoniak bei abwechselnder Bereitstellung von Wasserstoff und Stickoxid wird durch den Speicherkatalysator ermöglicht, in welchem während der Stickoxid-Herstellung das Stickoxid gespeichert wird und während der Wasserstoff-Herstellung die Umwandlung zu Ammoniak erfolgt.

Eine kontinuierliche Ammoniakerzeugung wird dadurch erreicht, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit und die Stickoxid-Erzeugungseinheit als getrennte Einheiten ausgeführt sind und dass zumindest zwei Speicherkatalysatoren zur Speicherung des Stickoxids und zur Bildung des Ammoniaks vorgesehen sind, wobei die Wasserstoff-Erzeugungseinheit und die Stickoxid-Erzeugungseinheit über umschaltbare Gaswege wechselweise mit den Speicherkatalysatoren verbun den sind. Die Stickoxid-Erzeugungseinheit und die Wasserstoff-Erzeugungseinheit können für ihre Aufgabe optimiert aufgebaut werden. Die je Zeiteinheit produzierte Menge Wasserstoff und Stickoxid kann bei kontinuierlichem Betrieb mit getrennten Erzeugungseinheiten geringer gewählt werden als in der jeweiligen Betriebsphase (Wasserstoff- oder Stickoxidherstellung) beim wechselseitigen Betrieb mit einer Erzeugungseinheit, was zu einem insgesamt geringeren Energieaufwand führt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Speicherkatalysator als Stickoxid-Speicher mit einer zusätzlichen Edelmetallbeladung ausgeführt. Dabei können der Stickoxid-Speicher und das Edelmetall ähnlich einem bekannten Nitrogen Storage Catalyser (NSC) auf einem Monolithen aufgebracht sein. Das Edelmetall bewirkt die katalytische Umsetzung des gespeicherten Stickoxids und des zugeführten Wasserstoffs zu Ammoniak.

Eine gute Speicherwirkung für Stickoxid und eine effiziente katalytische Umsetzung des eingespeicherten Stickoxids und des Wasserstoffs zu Ammoniak kann dadurch erreicht werden, dass der Stickoxid-Speicher mit Carbonaten als aktiven Speicherkomponenten, insbesondere Bariumcarbonat, Bariumoxid oder Natriumcarbonat ausgeführt ist und/oder die Edelmetallbeladung als Platinbeladung ausgeführt ist. Alternativ dazu sind gasförmige, flüssige oder weitere feste Stickoxidabsorber denkbar. Die Edelmetallbeladung kann auch mit anderen Werkstoffen ausgeführt sein, die eine Reduktion von Stickoxiden mittels Wasserstoff zu Ammoniak bewirken.

Eine kostengünstige Herstellung von Wasserstoff und Stickoxid bei geringem Energieaufwand lässt sich dadurch erreichen, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit und/oder die Stickoxid-Erzeugungseinheit als Plasmareaktor ausgeführt sind. Mit einem Plasmareaktor kann, abhängig von der gewählten Betriebsart, sowohl Wasserstoff als auch Stickoxid mit hoher Erzeugungsrate hergestellt werden, so dass ein abwechselnder Betrieb als Wasserstoff-Erzeugungseinheit und als Stickoxid-Erzeugungseinheit mit einem Plasmareaktor durchgeführt werden kann.

Wird die Wasserstoff-Erzeugungseinheit unter POx-Bedingungen betrieben, ist also der Wasserstoff-Erzeugungseinheit ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Lambda kleiner 1, insbesondere einem Lambda zwischen 0,33 und 0,66, zugeführt, so wird Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt, welche das in dem Speicherkatalysator gespeicherte Stickoxid zu Ammoniak reduzieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit als thermischer Verdampfer für den Kraftstoff mit einem nachgeschalteten Refor mierungskatalyator ausgeführt ist. Dabei kann gespeicherte Restwärme, beispielsweise aus der Betriebsphase der Stickoxid-Herstellung, zur Verdampfung des Kraftstoffes genutzt werden. Die Reformierung des Kraftstoffes, also die Umwandlung des Kraftstoffes in ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, erfolgt am Reformierungskatalysator.

Die Restwärme aus der Betriebsphase zur Stickoxid-Herstellung lässt sich dadurch ausnutzen, dass zumindest eine Elektrode des Plasmareaktors als thermischer Verdampfer für den Kraftstoff ausgeführt ist. Dazu wird der Kraftstoff teilweise zerstäubt auf die Elektrode gespritzt und dort weiter zerstäubt und verdampft. Die Wärmekapazität der Elektrode ist so zu wählen, dass die gespeicherte Wärmemenge genügend groß für die Verdampfung der benötigten Menge Kraftstoff ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Elektrode des Plasmareaktors als Hohlelektrode ausgeführt, in welcher der Kraftstoff der Elektrode zugeführt ist. Der Kraftstoff wird so der heißen Elektrode gezielt und mit geringen Verlusten zugeführt.

Genügt die gespeicherte Wärmeenergie des thermischen Verdampfers nicht, um den Kraftstoff zu verdampfen oder ist dazu die Kontaktzeit des Kraftstoffes mit der heißen Oberfläche des thermischen Verdampfers zur ausreichenden Wärmeübertragung zu gering, so kann ein Gegenstromwärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie aus einem aus dem Reformierungskatalysator austretenden Produktgas oder aus einem aus dem Plasmareaktor austretenden Gasstrom auf ein dem thermischen Verdampfer zugeführtes Eduktgas aus Luft und Kraftstoff vorgesehen sein. Der dem thermischen Verdampfer zugeführte Kraftstoff beziehungsweise das zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in dem Gegenstromwärmetauscher vorteilhaft so weit aufgeheizt, dass der Kraftstoff zumindest teilweise verdampft. Die zur vollständigen Verdampfung notwendige Wärmeenergie kann dann in dem thermischen Verdampfer auf den Kraftstoff übertragen werden.

Ist während der thermischen Verdampfung des Kraftstoffes der Plasmareaktor ausgeschaltet, so wird während dieser Betriebsphase die zur Aufrechterhaltung des Plasmas notwendige elektrische Energie eingespart. Dies führt beispielsweise bei Kraftfahrzeugen mit Magermotoren zu einer Reduzierung des durch die Abgasnachbehandlung mit dem Ammoniak-SCR-Verfahren bedingten Kraftstoffmehrverbrauchs.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während der thermischen Verdampfung des Kraftstoffes der Plasmareaktor eingeschaltet ist und dass der Kraftstoff und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch einem Bereich in Strömungsrichtung nach der Plasmazone zugeführt ist. Durch Einspritzen des Kraftstoffes in ein heißes Gas mit umgebenden heißen Wänden kann so eine ausreichend schnelle Verdampfung und eine Gemischbildung realisiert werden, die idealerweise zu einer nahezu rechteckförmigen Bereitstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendem Produktgas führt. Durch den kontinuierlichen Plasmabetrieb kann ein Absinken der Temperatur bei Kraftstoffeinbringung in der Fettphase unter die notwendige Verdampfungstemperatur des Kraftstoffes vermieden werden. Weiterhin wird durch den kontinuierlichen Plasmabetrieb verhindert, dass die Temperatur des Reformierungskatalysators unter dessen Zündtemperatur sinkt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass keine Einspritzung von Kraftstoff in die Plasmazone erfolgt, womit die Erzeugung unerwünschter Produkte vermieden wird. Eine ungewollte und unkontrollierte Umsetzung der Kohlenwasserstoffe zu Stoffen außer zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid kann vermieden werden, da lediglich die Temperatur aus der Thermalisierung der eingebrachten Leistung in das Plasma für die Verdampfung und Gemischbildung verwendet wird und die Reformierung vollständig zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid am anschließenden Reformierungskatalysator erreicht wird.

Sind in einer Luftzuführung in Strömungsrichtung vor dem thermischen Verdampfer für den Kraftstoff und/oder vor dem Reformierungskatalysator Luftleitstege angeordnet, so kann dem Gasstrom ein Drall aufgeprägt werden, der zu einer besseren Homogenität der Kraftstoffdampf-Luft-Mischung führt. Die Stelle, an der der Kraftstoff verdampft wird, kann sich dadurch in einem Bereich mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und/oder hohen Geschwindigkeitsgadienten befinden, was die Gemischbildung verbessert. Durch den Drall wird weiterhin die Anströmung des Reformierungskatalysators verbessert und eine Beaufschlagung des Reformierungskatalysators mit flüssigem Kraftstoff wird vermieden.

Ist der SCR-Katalysator als Ammoniakspeicher ausgebildet, so können Ammoniakbedarfsspitzen durch das in dem SCR-Katalysator vorrätige Ammoniak abgefangen werden. Die Ammoniak-Produktionsrate kann so auf einen mittleren Ammoniakverbrauch begrenzt werden.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass Stickoxid in einer von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennten Stickoxid-Erzeugungseinheit erzeugt und in zumindest einem Speicherkatalysator gespeichert wird und dass Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch in einer von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennten Wasserstoff-Erzeugungseinheit erzeugt und dem Speicherkatalysator oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator zugeführt wird und dass der Wasserstoff und das gespeicherte Stickoxid in dem Speicherkatalysator oder dem Katalysator katalytisch zu Ammoniak umgesetzt werden. Die Ammoniak-Erzeugung findet unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungsquelle, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, statt, es ist zur Ammoniaksynthese kein Eingriff in den Betriebszustand der Verbrennungsquelle notwendig. Dies ermöglicht einen verbrauchsoptimierten Betrieb der Verbrennungsquelle. Die Speicherung des erzeugten Stickoxids und anschließende katalytische Umsetzung mit dem erzeugten Wasserstoff in dem Speicherkatalysator ermöglicht eine Ammoniakerzeugung mit einem verhältnismäßig geringen Energieaufwand, insbesondere, da eine ansonsten notwendige Verbrennung des Restsauerstoffes, der bei der Stickoxidbildung zurückbleibt, nicht notwendig ist.

Wird Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch in der Wasserstoff-Erzeugungseinheit aus Kraftstoff und/oder aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder aus einem Kraftstoff-Luft/Abgas-Gemisch erzeugt und wird Stickoxid in der Stickoxid-Erzeugungseinheit aus Luft und/oder aus Abgas erzeugt, so werden zur Ammoniakherstellung nur Betriebsmittel der Verbrennungsmaschine verwendet. Es müssen keine zusätzlichen Betriebsmittel bereitgestellt beziehungsweise mitgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung, welche mit einer geringen Anzahl benötigter Komponenten umgesetzt werden kann, wird in einer kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit abwechselnd Stickoxid und Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch erzeugt, wobei das Stickoxid während der Stickoxid-Erzeugungsphase in dem Speicherkatalysator gespeichert wird und in der Wasserstoff-Erzeugungsphase mit dem Wasserstoff zu Ammoniak umgesetzt wird. Diese diskontinuierliche Ammoniakerzeugung wird durch die Speicherung des Stickoxids in dem Speicherkatalysator und der Umsetzung mit dem anschließend erzeugten Wasserstoff erst ermöglicht.

In einer alternativen Ausführungsform wird Wasserstoff und Stickoxid aus zwei getrennten Wasserstoff- und Stickoxid-Erzeugungseinheiten abwechselnd zwei nachfolgenden Speicherkatalysatoren zur wechselweisen Speicherung des Stickoxids und zur Erzeugung des Ammoniaks zugeführt, wobei die Zuordnung der Gasflüsse zu den Speicherkatalysatoren über umschaltbare Gaswege erfolgt. Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Bereitstellung von Ammoniak für die Reduzierung der Stickoxide im Abgas der Verbrennungsquelle.

Eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung der benötigten Edukte Wasserstoff und Stickoxid besteht darin, dass der Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch und/oder das Stickoxid plasmachemisch in zumindest einem Plasmareaktor durch ein thermisches Plasma erzeugt werden. Das thermische Plasma kann dabei beispielsweise direkt durch eine Wechsel- oder eine Gleichspannung als auch durch eine Mikrowelleneinstrahlung angeregt werden. Da sich in einem thermischen Plasma sowohl Wasserstoff als auch Stickoxid erzeugen lassen, kann das Verfahren bei getrennten als auch bei kombinierten Stickoxid- und Wasserstoff-Erzeugungseinheiten eingesetzt werden. Gegenüber der ebenfalls möglichen Stickoxid-Herstellung mittels Brennern besitzt die plasmachemische Herstellung den Vorteil eines verbesserten Dynamikverhaltens im Kaltstart. Mögliche Alternativen zu dem thermischen Plasma stellen Entladungsformen mit kürzeren Entladungsdauern wie Funkenentladungen oder nichtthermischen Entladungen, wie sie beispielsweise durch dielektrisch behinderte Entladungsanordnungen erzeugt werden, dar.

Eine bessere Effizienz in der Herstellung der Ausgangsstoffe zur Ammoniakerzeugung lässt sich dadurch erreichen, dass die Wasserstoffbildung oder die Bildung des Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisches durch eine partielle Oxidation (POx) an einem POx-Katalysator unterstützt wird.

Eine alternative Methode zur Erzeugung von Wasserstoff besteht darin, dass die Erzeugung von Wasserstoff durch thermisches Verdampfen von Kraftstoff und anschließender Reformierung in einem Reformierungskatalysator erfolgt. Bevorzugt kann dazu die in dem System gespeicherte Restwärme genutzt werden, so dass zur Wasserstofferzeugung keine zusätzliche Energie benötigt wird.

Eine Möglichkeit, gespeicherte Restwärme zur Wasserstofferzeugung einzusetzen besteht darin, dass der Kraftstoff durch Rekuperation in einem Gegenstromwärmetauscher und/oder durch Eindosierung von Kraftstoff in eine heiße Zone des Plasmareaktors verdampft wird. Genügt dabei die von dem Kraftstoff nach einer der genannten Methoden aufgenommene Energie nur zu einer Teilverdampfung des Kraftstoffes, ist eine Kombination der beiden Verfahren – zunächst Aufwärmen beziehungsweise Teilverdampfung des Kraftstoffes durch Rekuperation, anschließend Verdampfung des bereits aufgeheizten Kraftstoffes in einer heißen Zone des Plasmareaktors – möglich.

Als heiße Zone zur Kraftstoffverdampfung kann die durch einen vorhergegangenen Plasmabetrieb aufgeheizte Elektrode des Plasmareaktors genutzt werden. Dazu wird der Kraftstoff auf die heiße Elektrode des Plasmareaktors dosiert. Der Kraftstoff kann bereits zuvor durch Rekuperation aufgeheizt beziehungsweise teilverdampft werden. Die Erwärmung der Elektrode erfolgt beispielsweise in der Phase zur plasmachemischen Erzeugung des Stickoxids.

Eine weitere Möglichkeit, gespeicherte Restwärme zur Wasserstofferzeugung einzusetzen, besteht darin, dass die Verdampfung von Kraftstoff durch Eindosierung von Kraftstoff und/oder einem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder einem Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch in einen heißen Bereich in Strömungsrichtung nach der Plasmazone erfolgt. Das Plasma kann dabei weiter betrieben werden, so dass durch einen ununterbrochenen Energieeintrag in das Eduktgas eine ausreichende Erwärmung des Gasstromes erreicht wird. Dies stellt sicher, dass zum einen die Temperatur in der Verdampfungszone ausreichend hoch ist und dass zum anderen die Temperatur des Reformierungskatalysators so hoch gehalten wird, dass eine schnelle Anspringzeit des Katalysators realisiert werden kann. Durch die eingekoppelte Plasmaleistung lässt sich eine schnelle Temperaturregelung erreichen. Da der Kraftstoff den Plamabereich nicht durchläuft, können negative Einflüsse in der Reduktionsmittelausbeute, beispielsweise durch eine Umsetzung von Kraftstoff in Methan und die Erzeugung unerwünschter Produkte vermieden werden. Die Reformierung des Kraftstoffes findet nicht unkontrolliert im Plasma, sonder ausschließlich in dem Reformierungskatalysator statt.

Bevorzugt wird dem Gasstrom vor der Verdampfungszone des Kraftstoffes und/oder vor dem Reformierungskatalysator ein Drall aufgeprägt. Dabei bewirkt ein Drall des Gasstromes vor der Verdampfungszone des Kraftstoffes eine bessere Homogenisierung des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches. Die Stelle, an der der Kraftstoff verdampft wird, sollte sich in einem Bereich mit hoher Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise hohen Geschwindigkeitsgradienten befinden. Ein Drall des Gasstromes vor dem Reformierungskatalysator bewirkt ebenfalls eine bessere Homogenität sowie ein ideales Anströmen des Reformierungskatalysators, eine Beaufschlagung des Reformierungskatalysators mit dem verwendeten Kraftstoff kann vermieden werden.

Die Reduzierung der im Abgas der Verbrennungsquelle enthaltenen Stickoxide wird dadurch erreicht, dass das in dem Speicherkatalysator gebildete Ammoniak in dem SCR-Katalysator gespeichert wird und dass Stickoxide im Abgas der Verbrennungsquelle durch das gespeicherte Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. Durch die Speicherung des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator können Ammoniak-Bedarfsspitzen abgefangen werden. Weiterhin ist eine von den Betriebsbedingungen der Verbrennungsquelle unabhängige Ammoniakproduktion und -zwischenspeicherung möglich.

Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit getrennten Erzeugungseinheiten für Wasserstoff und Stickoxid
2 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer kombinierten Erzeugungseinheit für Wasserstoff und Stickoxid
3 eine schematische Darstellung einer Erzeugungseinheit für Wasserstoff und Stickoxid
4 einen Zeitablauf für einen getakteten Plasmabetrieb
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch eine Abgasnachbehandlungsanlage 1 für eine Brennkraftmaschine 22 mit einer Luftzuführung 20 und einem SCR-Katalysator 26. SCR-Katalysatoren arbeiten nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion, bei dem mittels des Reduktionsmittels Ammoniak in sauerstoffhaltigen Abgasen Stickoxide (NO_x) zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Ammoniak aus Luft oder Abgas und Kraftstoff erzeugt. Hierzu sind eine Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 und eine Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 vorgesehen. Die Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 wird über eine Luftzuführung 14 mit Luft und über eine Kraftstoffzumessung 13 mit Kraftstoff versorgt. In einer anderen Ausführung kann die Luftzuführung 14 auch Abgas oder ein Gemisch von Luft und Abgas führen. Die Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 ist als Plasmareaktor ausgeführt, in dem der Kraftstoff einem Plasma zugeführt wird, in dem aus den Kohlenwasserstoffen des Kraftstoffs Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt wird.
Die Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 ist als Plasmareaktor ausgeführt, in dem Stickstoff und Sauerstoff aus der Zuluft zu Stickoxid umgesetzt werden. Das Stickoxid wird in einer ersten Betriebsart über einen umschaltbaren Gasweg 16 einem Speicherkatalysator 17.1 zugeführt und dort gespeichert. Wird nun in einer zweiten Betriebart Wasserstoff aus der Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 in den Speicherkatalysator 17.1 eingeleitet, wird an dessen Edelmetallbeladung aus dem gespeicherten Stickoxid und dem zugeführten Wasserstoff das gewünschte Ammoniak erzeugt und über einen Gasweg 18 dem Abgasstrang 24 zugeführt. Während dieser zweiten Betriebsart wird das Stickoxid aus der Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 über den umschaltbaren Gasweg 16 einem zweiten Speicherkatalysator 17.2 zugeführt und dort gespeichert. Wird nun wieder auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wird Stickoxid dem Speicherkatalysator 17.1 zugeführt und dort gespeichert, während dem zweiten Speicherkatalysator 17.2 Wasserstoff zugeführt und mit dem gespeicherten Stickoxid an der Edelmetallbeladung zu Ammoniak umgesetzt wird.
Das dem Abgasstrang 24 beigemischte Ammoniak wird mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 22 dem SCR-Katalysator 26 zugeführt wo das im Abgas enthaltene NO_x mittels des Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reduziert wird. Zur Steuerung der Abläufe ist der Brennkraftmaschine 22 eine Motorsteuerung 23 zugeordnet, die mittels eines Gaswegsteuersignals 25 den umschaltbaren Gasweg 16 zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltet, die Kraftstoffzumessung 13 zur Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 steuert und über eine Ansteuerleitung 15 die als Plasmareaktor ausgeführte Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 steuert. Weiterhin steuert die Motorsteuerung 23 eine Kraftstoffzumessung 21 der Brennkraftmaschine 22 und verarbeitet Signale von hier nicht dargestellten Lambdasonden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Wasserstoff-Erzeugungseinheit 10 als thermischer Verdampfer ausgeführt sein. Der verdampfte Kraftstoff wird mit der Zuluft vermischt einem hier nicht dargestellten Reformierungskatalysator 32 zugeführt, in dem die Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoff zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt werden. Weiterhin kann die Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 als NO_x-Brenner ausgeführt sein.
2 zeigt schematisch die Abgasnachbehandlungsanlage 1 für die Brennkraftmaschine 22 mit einer kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 für Wasserstoff und Stickoxid. In der als Plasmareaktor ausgeführten kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 wird in zeitlich aufeinander folgenden Betriebsphasen Stickoxid und Wasserstoff erzeugt. In einer ersten Betriebsphase wird aus der über die Luftzuführung 14 zugeführten Luft in dem Plasmareaktor Stickoxid erzeugt und in einem Speicherkatalysator 17 gespeichert. Der Speicherkatalysator 17 ist mit Edelmetall beladen, so dass der in einer zweiten Betriebsphase erzeugte Wasserstoff mit dem gespeicherten Stickoxid zu Ammoniak umgesetzt werden kann, das über den Gasweg 18 dem Abgasstrang 24 zugeführt wird. Der Wasserstoff wird in der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 aus Kraftstoff erzeugt, der der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid- Erzeugungseinheit 12 mittels der Kraftstoffzumessung 13 zugeführt wird. In dem Plasma der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 werden die Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffs zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt.
Wie gemäß der Ausführungsform nach 1 wird in der Ausführung nach 2 der Brennkraftmaschine 22 Verbrennungsluft über die Luftzuführung 20 und Kraftstoff über die Kraftstoffzumessung 21 zugeführt. Die Abläufe werden über die Motorsteuerung 23 gesteuert, die insbesondere über die Ansteuerleitung 15 die Betriebsphasen der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 steuert. Auch hier reduziert das erzeugte Ammoniak im SCR-Katalysator 26 die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff und Wasser.
In einer Ausführungsform kann eine Elektrode der als Plasmareaktor ausgeführten kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 als Hohlelektrode ausgeführt sein, durch die der Kraftstoff eingebracht wird. Die im Plasmabetrieb auftretende Erhitzung der Elektrode wird dann zur Verdampfung des Kraftstoffs genutzt. Die Verdampfung des Kraftstoffs außerhalb des Plasmas mit anschließender Umsetzung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einem nachgeschalteten Reformer ist dahingehend vorteilhaft, dass ein höherer Anteil der gewünschten Produkte Wasserstoff und Kohlenmonoxid entsteht als bei Umsetzung des Kraftstoffs in einem Plasmareaktor.
In einer weiteren Ausführungsform der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12 kann diese in der Betriebsphase der Wasserstofferzeugung als thermischer Verdampfer ausgeführt sein, bei dem der Kraftstoff in einem Schnurstrahl auf die im vorangegangenen Plasmabetrieb erhitzten Elektroden geführt und dort verdampft wird. Zur Verbesserung der Verdampfung können im Gasweg vor der Verdampfungsstelle Luftleitbleche oder Drallkörper angeordnet sein.
3 zeigt schematisch den Aufbau der kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12. Über die Luftzuführung 14 wird Luft und/oder Abgas der als Plasmareaktor ausgeführten Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 zugeführt. Das dort in der ersten Betriebsphase erzeugte Stickoxid wird dem Speicherkatalysator 17 zugeführt und dort gespeichert. In der zweiten Betriebsphase wird an den heißen Oberflächen in der Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 eine Gemischbildungszone 30 durch Zugabe von Kraftstoff über die Kraftstoffzumessung 13 erzeugt. Hierbei kann die Stickoxid-Erzeugungseinheit 11 zumindest zeitweise weiter betrieben werden, um die Temperatur in der Gemischbildungszone 30 zu erhalten. Zur Verbesserung der Zuführung des Gemischs zu dem Reformierungskatalysator 32 sind Luftleitstege 31 vorgesehen. In einer Ausführungsform können zur Verbesserung der Verdampfung in der Gemischbildungszone 30 auch in Strömungsrichtung vor dieser Luftleitstege angeordnet sein. Der in der zweiten Betriebsphase im Reformierungskatalysator 32 erzeugte Wasserstoff wird im Speicherkatalysator 17 mit dem dort gespeicherten Stickoxid zu Ammoniak umgesetzt und mittels einer Eindüsung 33 dem hier nicht dargestellten Abgasstrang 24 zugeführt.
In einer anderen Ausführungsform ist die Gemischbildungszone 30 in Strömungsrichtung nach der Plasmazone außerhalb dieser angeordnet. Der Plasmabetrieb kann dann auch während der Zudosierung von Kraftstoff stattfinden und dient der Erwärmung des Gasstroms. Hierdurch kann die Temperatur in der Verdampfungszone gesteuert werden als auch eine schnelle Aufheizung des Reformierungskatalysators 32 erreicht werden. Durch die Einspritzung des Kraftstoffes außerhalb der Plasmazone kann die unerwünschte Erzeugung von Nebenprodukten im Plasma, wie beispielsweise die Umsetzung von Kraftstoff zu Methan, vermieden werden.
4 zeigt den zeitlichen Ablauf für eine Zeitsteuerung 40 für einen getakteten Plasmabetrieb zur nacheinander erfolgenden Erzeugung von Stickoxid und Wasserstoff in der hier nicht dargestellten kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit 12, die als Plasmareaktor zur Erzeugung von Stickoxid und thermischer Verdampfer für den Kraftstoff zur Erzeugung von Wasserstoff ausgeführt ist. Eine Plasmaleistung 41 ist über einer Zeitachse 45 aufgetragen. Weiterhin ist ein Lambdawert 49 über einer zur ersten Zeitachse 45 gleich laufenden zweiten Zeitachse 46 aufgetragen. In einer ersten Betriebsphase ist die Plasmaleistung 41 auf einen Plasma-Sollwert 42 und der Lambdawert 49 auf einen Magerwert 47 eingestellt, der im wesentlichen der Zuführung von Luft entspricht. In einer zweiten Betriebsphase wird über eine Synchronisierung 44 zum einen die Plasmaleistung 41 auf Null reduziert und weiterhin der Lambdawert auf einen Fettwert 48 abgesenkt. Der Fettwert 48 wird vorteilhafterweise auf ein Lambda von 0,35 eingestellt, da dann das zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid optimale Verhältnis von 1 von Sauerstoff zu Kohlenstoff vorliegt. Die Einstellung des Lambdas kann dabei dadurch erfolgen, dass das Verhältnis von Zuluft zur Kraftstoffmenge, die an den erhitzten Elektroden verdampft wird, entsprechend gewählt wird. Zur Verbesserung der Verdampfung kann der Kraftstoff und oder die Zuluft in einem Wärmetauscher vorgewärmt werden. Als Wärmequelle kann dabei die in dem Reformierungskatalysator oder dem SCR-Katalysator bei den dort stattfindenden exothermen Reaktionen auftretende Wärme genutzt werden. Vorteilhaft an einer solchen Ausführungsform ist, dass während der zweiten Betriebsphase die Plasmaleistung auf Null reduziert ist und somit ein verringerter Energieverbrauch erzielt werden kann.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine (22), wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator (26) dem Abgas beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) und eine von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennte Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) vorgesehen ist und dass das Stickoxid der Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) und der Wasserstoff der Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) zumindest einem Speicherkatalysator (17) oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator zur Speicherung des Stickoxids und zur Bildung des Ammoniaks zugeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Stickoxidspeicher und der Katalysator als Speicherkatalysator (17) zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) Kraftstoff und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch und der Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) Luft und/oder Abgas zugeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine kombinierte Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit (12) zur abwechselnden Erzeugung von Wasserstoff und Stickoxid vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) und die Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) als getrennte Einheiten ausgeführt sind und dass zumindest zwei Speicherkatalysatoren (17.1, 17.2) zur Speicherung des Stickoxids und zur Bildung des Ammoniaks vorgesehen sind, wobei die Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) und die Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) über einen umschaltbaren Gasweg wechselweise mit den Speicherkatalysatoren (17.1, 17.2) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Speicherkatalysator (17) als Stickoxid-Speicher mit einer zusätzlichen Edelmetallbeladung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkatalysator (17) mit Carbonaten als aktiven Speicherkomponenten, insbesondere Bariumcarbonat, Bariumoxid oder Natriumcarbonat ausgeführt ist und/oder die Edelmetallbeladung als Platinbeladung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) und/oder die Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) als Plasmareaktor ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Lambda kleiner 1, insbesondere einem Lambda zwischen 0,33 und 0,66, zugeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) als thermischer Verdampfer für den Kraftstoff mit einem nachgeschalteten Reformierungskatalyator (32) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode des Plasmareaktors als thermischer Verdampfer für den Kraftstoff ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Elektrode des Plasmareaktors als Hohlelektrode ausgeführt ist, in welcher der Kraftstoff der Elektrode zugeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstromwärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie aus einem aus dem Reformierungskatalysator (32) austretenden Produktgas oder aus einem aus dem Plasmareaktor austretenden Gasstrom auf ein dem thermischen Verdampfer zugeführtes Eduktgas aus Luft und Kraftstoff vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der thermischen Verdampfung des Kraftstoffes der Plasmareaktor ausgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der thermischen Verdampfung des Kraftstoffes der Plasmareaktor eingeschaltet ist und dass der Kraftstoff und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch einem Bereich in Strömungsrichtung nach der Plasmazone zugeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Luftzuführung in Strömungsrichtung vor dem thermischen Verdampfer für den Kraftstoff und/oder vor dem Reformierungskatalysator Luftleitstege angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangnen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR-Katalysator (26) als Ammoniakspeicher ausgebildet ist.
Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine (22), wobei das Ammoniak in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator (26) dem Abgas beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Stickoxid in einer von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennten Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) erzeugt und in zumindest einem Speicherkatalysator (17) gespeichert wird und dass Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch in einer von der Verbrennungsquelle und deren Abgasführung getrennten Wasserstoff- Erzeugungseinheit (10) erzeugt und dem Speicherkatalysator (17) oder einem Stickoxidspeicher und einem nachfolgenden Katalysator zugeführt wird und dass der Wasserstoff und das gespeicherte Stickoxid in dem Speicherkatalysator (17) oder dem Katalysator katalytisch zu Ammoniak umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch in der Wasserstoff-Erzeugungseinheit (10) aus Kraftstoff und/oder aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder aus einem Kraftstoff-Luft/Abgas-Gemisch erzeugt wird und dass Stickoxid in der Stickoxid-Erzeugungseinheit (11) aus Luft und/oder aus Abgas erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer kombinierten Wasserstoff-Stickoxid-Erzeugungseinheit (12) abwechselnd Stickoxid und Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch erzeugt wird, wobei das Stickoxid während der Stickoxid-Erzeugungsphase in dem Speicherkatalysator (17) gespeichert wird und in der Wasserstoff-Erzeugungsphase mit dem Wasserstoff zu Ammoniak umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff und Stickoxid aus zwei getrennten Wasserstoff- und Stickoxid-Erzeugungseinheiten (10, 11) abwechselnd zwei nachfolgenden Speicherkatalysatoren (17.1, 17.2) zur wechselweisen Speicherung des Stickoxids und zur Erzeugung des Ammoniaks zugeführt wird, wobei die Zuordnung der Gasflüsse zu den Speicherkatalysatoren (17.1, 17.2) über umschaltbare Gaswege (16) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisch und/oder das Stickoxid plasmachemisch in zumindest einem Plasmareaktor durch ein thermisches Plasma erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffbildung oder die Bildung des Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Gemisches durch eine partielle Oxidation (POx) an einem POx-Katalysator unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dass die Erzeugung von Wasserstoff durch thermisches Verdampfen von Kraftstoff und anschließender Reformierung in einem Reformierungskatalysator (32) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff durch Rekuperation in einem Gegenstromwärmetauscher und/oder durch Eindosierung von Kraftstoff in eine heiße Zone des Plasmareaktors verdampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff auf die heiße Elektrode des Plasmareaktors dosiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung von Kraftstoff durch Eindosierung von Kraftstoff und/oder einem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder einem Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch in einen heißen Bereich in Strömungsrichtung nach der Plasmazone erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnete, dass dem Gasstrom vor der Verdampfungszone des Kraftstoffes und/oder vor dem Reformierungskatalysator (32) ein Drall aufgeprägt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Speicherkatalysator (17) gebildete Ammoniak in dem SCR-Katalysator (26) gespeichert wird und dass Stickoxide im Abgas der Verbrennungsquelle durch das gespeicherte Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reduziert werden.