DE4404617A1 - Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytisierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytisierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven katalyti­ sierten Nox-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen, bei dem zur Verbesserung der Reduktion von Stickoxiden Kohlenwasserstoffe und Luft auf der stromaufwärtigen Seite eines Abgasreinigers zu­ geführt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines der­ artigen Abgasreinigungsverfahrens.
Zukünftig gelten für Dieselbrennkraftmaschinen neben sehr gerin­ gen Partikelgrenzwerten auch äußerst strenge Stickoxidgrenzwer­ te, deren Einhaltung mit innermotorischen Maßnahmen allein kaum zu erfüllen sein wird.
Bekanntlich wird bei konventionellen selektiven katalytisierten Reduktionsverfahren Ammoniak als selektives Reduktionsmittel für die Stickoxide verwendet. Alternativ sind auch wäßrige Harn­ stofflösungen vorgeschlagen worden, die aber ebenso wie Ammoniak bei instationärer Motorbetriebsweise wegen eines Ammoniakschlup­ fes zu Problemen führen können.
Eleganter sind daher bei Fahrzeugen solche Lösungen, die Kohlen­ wasserstoffe zur nachmotorischen Stickoxidreduktion verwenden.
Aus der DE 42 21 363 A1 ist ein solches Abgasreinigungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens be­ kannt. Die Vorrichtung umfaßt dabei ein Zuführsystem für flüssi­ ge Kohlenwasserstoffe, die in einem Flüssigkohlenwasserstoffvor­ ratstank bereitgestellt wird, sowie ein Zuführsystem zum Zufüh­ ren von komprimierter Luft und schließlich eine im Strömungswege des Abgases stromauf eines Abgasreinigers liegende Einsprühvor­ richtung zum Einsprühen des flüssigen Kohlenwasserstoffs nach Zusammenführen mit der komprimierten Luft in den Strom des Abga­ ses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gat­ tungsgemäßen Art zu verbessern und eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens zu vereinfachen ohne Beeinträchtigung einer maximal erreichbaren NOx-Konversion im NOx-Abgasreiniger.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Anordnung eines Krackkatalysators, über den ein Teil des für die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine vorgese­ henen Kraftstoffes geleitet wird, und durch die gleichzeitige Lufteinblasung in diesen Krackkatalysator werden hochwirksame Kohlenwasserstoffe erzeugt, die ein hohes NOx-Reduktionspotenti­ al besitzen.
Maßnahmen dieser Art haben den Vorteil, den ohnehin im Fahrzeug mitgeführten Kraftstoff somit auch zur NOx-Reduktion mitzuver­ wenden. Demnach ist kein Zusatztank zur Speicherung von Kohlen­ wasserstoffen erforderlich.
In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die in den Krackkatalysator eingeblasene Luft bewirkt neben der Teiloxidation der Kohlenwasserstoffe auch eine periodisch durch­ geführte Reinigung der koksanfälligen Krackkatalysatoroberfläche in stark oxidierender Atmosphäre, z. B. bei λ < 1 und einer Tempe­ ratur im Denox-Katalysator, die höher als 500°C liegt.
Der Einsatz eines Druckspeichers in der Zuführleitung, in dem gasförmige Kohlenwasserstoffe gespeichert sind, ermöglicht je nach Bedarf und Erfordernis eine Zudosierung gasförmiger Kohlen­ wasserstoffe in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine zur opti­ malen Nox-Reduktion im Abgasreiniger.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Eine Abgasanlage 1 für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine 2 umfaßt einen in einer Abgasleitung 3 ange­ ordneten Abgasreiniger 4 als Denox-Katalysator sowie einen Krackkatalysator 5 in einer Zuführleitung 6, die in die Abgas­ leitung 3 stromauf des Abgasreinigers 4 mündet. Der Krackkataly­ sator 5 besteht aus aktiven Komponenten, vorwiegend Zeolithe, die auf einem Träger aufgebracht sein können.
Mit 7 ist ein üblicher Tank mit Kraftstoff für die Kraftstoff­ versorgung der Brennkraftmaschine bezeichnet. Eine an den Tank 7 angeschlossene Dosierleitung 8 enthält eine Dosierpumpe 9, die dem Krackkatalysator 5 eine Kraftstoffdosiermenge mittels eines Steuergerätes 10 derart zumißt, daß am Denox-Katalysator 4 auch unter Vollast und Nenndrehzahl ein HC-NOx-Verhältnis von 0-5 si­ chergestellt ist. Zusätzlich zu dem Kraftstoff wird über eine Luftleitung 11 eine vorbestimmte Luftmenge in den Krackkatalysa­ tor eingeblasen, der bei der Zusammenführung von Luft und Kraft­ stoff mit unterstöchiometrischem Luftverhältnis von λ = 0 bis 0,2 betrieben wird. Der Kraftstoff wird katgekrackt und die er­ zeugten reaktiven kurzkettigen ungesättigten Kohlenwasserstoffe sowie teiloxidierte Kohlenwasserstoffe werden dem Abgasstrom auf der stromaufwärtigen Seite des Denox-Katalysators zur gezielten Nox-Reduktion zugeführt.
Gegebenenfalls kann in der Zuführleitung 6 ein Druckspeicher 12 mit einem kennfeldgesteuerten Dosierventil 13 (strichpunktiert dargestellt) vorgesehen sein, das von dem Steuergerät 10 be­ triebsparameterabhängig dem Abgasreiniger 4 die Kohlenwasser­ stoffmenge bedarfsorientiert zudosiert, um eine optimale NOx-Re­ duktion zu erhalten. Als Betriebsparameter kommen z. B. in erster Linie Drehzahl n, Last L und gegebenenfalls die Denox-Kataly­ satortemperatur in Frage.

Claims (5)

1. Verfahren zur selektiven katalytisierten NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, bei dem zur Verbesserung der Reduktion von Stickoxiden Kohlenwasserstoffe und Luft auf der stromaufwärtigen Seite eines Abgasreinigers zu­ geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung reaktiver kurzkettiger ungesättigter Kohlen­ wasserstoffe eine definierte Kraftstoffmenge aus der für die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraft­ stoffbevorratung katgekrackt und durch gleichzeitiges Zuführen von Luft aufoxidiert und die hierbei gebildeten reaktiven Spe­ zies in den Abgasstrom stromauf des Abgasreinigers geleitet wer­ den.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Abgasreiniger in einer von der Brennkraftmaschine weg­ führenden Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer in die Abgasleitung (3) stromauf des Abgasreinigers (4) mündenden Zuführleitung (6) ein elektrisch beheizter Krack­ katalysator (5) angeordnet ist, welcher in einem Temperaturbe­ reich zwischen 200°-700°C regelbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einem für die Kraftstoffver­ sorgung der Brennkraftmaschine vorgesehenen Tank, von dem eine Kraftstoffzulaufleitung zur Brennkraftmaschine führt, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Kraftstoffzulaufleitung zusätzlich eine Dosierlei­ tung mit einer Dosierpumpe (9) angeschlossen ist, durch die dem Krackkatalysator (5) mittels eines Steuergerätes (10) eine Do­ siermenge derart zumeßbar ist, daß am Denox-Katalysator (4) etwa ein HC-NOx-Verhältnis zwischen 0 und 5 liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Krackkatalysator (5) eine Luftleitung (11) zur Luft­ einblasung angeschlossen ist, derart, daß der Krackkatalysator einerseits mit unterstöchiometrischem Kraftstoff-Luftverhältnis zwischen λ = 0 und 0,2 und andererseits mit einem über­ stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis λ < 1 betreibbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Krackkatalysators (5) ein Druckspeicher (12) mit einem kennfeldgeregelten Dosierventil (13) vorgesehen ist, durch das die für den Abgasreiniger (4) erforderliche Kohlenwasser­ stoffmenge eindosierbar ist.
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