NL1012296C2 - Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden. - Google Patents

Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden. Download PDF

Info

Publication number
NL1012296C2
NL1012296C2 NL1012296A NL1012296A NL1012296C2 NL 1012296 C2 NL1012296 C2 NL 1012296C2 NL 1012296 A NL1012296 A NL 1012296A NL 1012296 A NL1012296 A NL 1012296A NL 1012296 C2 NL1012296 C2 NL 1012296C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
hydrocarbons
stream
catalyst
nitrogen oxides
optionally
Prior art date
Application number
NL1012296A
Other languages
English (en)
Inventor
Renee Van Yperen
Original Assignee
Gastec Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gastec Nv filed Critical Gastec Nv
Priority to NL1012296A priority Critical patent/NL1012296C2/nl
Priority to EP00941030A priority patent/EP1204458A1/en
Priority to JP2001502955A priority patent/JP2003530982A/ja
Priority to CN00808801A priority patent/CN1355721A/zh
Priority to PCT/NL2000/000404 priority patent/WO2000076637A1/en
Priority to CA002374647A priority patent/CA2374647A1/en
Priority to AU55796/00A priority patent/AU5579600A/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1012296C2 publication Critical patent/NL1012296C2/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8631Processes characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9431Processes characterised by a specific device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/25Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an ammonia generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/30Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel reformer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/04Adding substances to exhaust gases the substance being hydrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

Titel: Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden
De uitvinding heeft betrekking op de katalytische omzetting van stikstofoxiden in moleculaire stikstof, welke stikstofoxiden gevormd worden bij verbranding van koolwaterstoffen en/of synthesegas (H2/CO). Meer in het 5 bijzonder heeft zij betrekking op het omzetten van stikstofoxiden in aanwezigheid van zuurstof zoals deze bijvoorbeeld gevormd worden bij het bedrijven van eenheden zoals verbrandingsmotoren onder zogenaamde arme of 'lean-burn' condities, dat wil zeggen: onder 10 verbrandingscondities waarbij een overmaat zuurstof aanwezig is.
Bij de verbranding van koolwaterstoffen met moleculaire zuurstof (bijvoorbeeld afkomstig uit lucht) kunnen door de heersende temperatuur en druk tijdens het 15 verbrandingsproces oxiden van stikstof ontstaan. Deze stikstofoxiden, waaronder NO en N02, (gewoonlijk aangeduid met NOx), zijn zeer belastend voor het milieu. Stikstofoxiden worden onder meer verantwoordelijk gehouden voor de vorming van zure regen en fotochemische smog.
20 Verschillende werkwijzen voor het terugdringen van NOx-uitstoot zijn bekend en een aantal daarvan wordt reeds in de praktijk toegepast.
Het terugbrengen van NOx-uitstoot wordt bij stoechiometrisch draaiende motoren vaak bewerkstelligd door 25 gebruik te maken van een zogenaamd driewegkatalysator-systeem. De NOx-omzettingskatalysator in dergelijke systemen is in staat om stikstofoxiden om te zetten in onschadelijke verbindingen door het met de in het uitlaatgas aanwezige reducerende verbrandingsproducten 3 0 zoals koolwaterstoffen en CO te laten reageren tot N2.
Over het algemeen zijn de bekende drie-wegkatalysatoren die de reductie van stikstofoxiden bewerkstelligen niet in staat om deze omzetting uit te »1012236 2 voeren in de aanwezigheid van een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof.
Dit is met name een probleem bij het verwijderen van stikstofoxiden uit de uitlaatgassen van genoemde, onder 5 arme condities werkende motoren, zoals onder arme condities werkende gasturbines, aangezien in het uitlaatgas daarvan, naast stikstofoxiden een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof aanwezig is. Bovendien zijn koolwaterstoffen en/of CO niet of in onvoldoende mate aanwezig, hetgeen succesvol 10 bedrijven van de bovengenoemde driewegkatalysatorsystemen in de weg staat.
In installaties waar een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof in het uitlaatgas aanwezig is, wordt daarom vaak een hoeveelheid reductant toegevoegd. De stikstofoxiden 15 kunnen dan door de reductant in aanwezigheid van een geschikte katalysator (DeNOx-katalysator) worden omgezet. Deze werkwijze staat bekend als zogenaamde Selectieve Katalytische Reductie ('Selective Catalytic Reduction', SCR) .
20 Veel gebruikte reductanten voor de SCR-reactie zijn ammoniak en ureum. Ook is het uit de literatuur bekend om koolwaterstoffen zoals etheen, propeen en propaan als reductant te gebruiken (zie bijvoorbeeld G.P. Ansell et al., 'Mechanism of the lean NOx reaction over Cu/ZSM-5', 25 Appl. Catal. B, 2 (1993), pp. 81-100). Andere mogelijke reductanten zijn bijvoorbeeld CO, H2 en CH4, ethanol, koolwaterstoffen, in het bijzonder brandstoffen zoals * benzine en dieselolie.
Verreweg het meest gebruikt als reductant in 30 praktische SCR-toepassingen zijn echter ammoniak of ureum, danwel een waterige ureumoplossing. Het gebruik van deze middelen brengt een aantal nadelen met zich mee. De dosering is uiterst kritisch. Indien een te grote hoeveelheid ammoniak of ureum bij de deNOx-katalysator 35 wordt ingebracht (dat wil zeggen: meer dan nodig is voor het omzetten van de stikstofoxiden) zal dit leiden tot «1012296 3 zogenaamde ammoniakslip. De uitstoot van ammoniak uit dergelijke installaties is zo mogelijk nog schadelijker uit milieuoogpunt dan die van NOx. Ook is het mogelijk dat door oxidatie van ammoniak deze overdosering juist leidt tot de 5 productie van NOx, hetgeen haaks staat op het beoogde doel, namelijk het terugbrengen van de NOx-uitstoot. Een ander nadeel van het gebruik van ammoniak of ureum is de benodigde opslag ervan en de noodzaak om de voorraad periodiek aan te vullen indien dit niet binnen battery 10 limits geproduceerd wordt. Met name ammoniak is zeer gevaarlijk en schadelijk en het vervoer ervan brengt grote veiligheids- en milieurisico's met zich mee. Dit alles maakt dat zowel de investeringskosten als de operationele kosten van deze techniek hoog zijn.
15 Hoewel de keuze voor andere reductiemiddelen, zoals bijvoorbeeld de hierboven genoemde koolwaterstoffen, deze problemen gedeeltelijk zouden kunnen oplossen, blijven er nog steeds nadelen bestaan, zoals de noodzaak tot apart transport en opslag. De daarmee gepaard gaande risico's 20 voor veiligheid en milieu zijn vaak niet acceptabel.
Het gebruik van dezelfde brandstof die in de motor wordt gebruikt als reductiemiddel, zou dit probleem oplossen. De koolwaterstoffen die in bijvoorbeeld dieselolie en benzine aanwezig zijn blijken echter niet 25 voldoende actief om onder procescondities met een aanvaardbare snelheid en selectiviteit NOx om te zetten.
Gevonden is nu dat door toepassing van een geschikte reductantvormende katalysator de voor de katalytische reductie van NOx noodzakelijke reductanten in de vorm van 3 0 CO en/of H2, optioneel aangevuld met koolwaterstoffen, ter plaatse kunnen worden bereid uit koolwaterstoffen, waardoor bovengeschetste bezwaren in het verwijderen van NOx onder zuurstofrijke condities althans gedeeltelijk kunnen worden opgeheven. Naast de genoemde reductanten, CO en/of H2, 35 optioneel aangevuld met koolwaterstoffen, kan in aanwezigheid van waterstof en stikstof, onder geschikte λ» λ :· '*1012295 4 procescondities ook ammoniak (NHa) gevormd worden vanwege de ligging van het chemische evenwicht 3H2 + N2 = 2NHa. Ammoniak is zoals hierboven vermeld een goede reductant. Volgens de uitvinding worden in de reductantvormende stap 5 koolwaterstoffen in contact gebracht met een reductantvormende katalysator onder geschikte condities. De koolwaterstoffen in de productstroom van de reductantvormende stap kunnen ongereageerde koolwaterstoffen uit de voeding van deze stap zijn, maar 10 kunnen ook kleinere koolwaterstoffen zijn die gevormd zijn door kraakreacties tijdens de reductantvormende stap.
De reductanten worden door toepassing van de reductantvormende katalysator bereid uit bijvoorbeeld resten koolwaterstoffen die zich in het uitlaatgas van de 15 eenheid waarin de verbranding plaatsvindt, bevinden. Ook is het mogelijk om deze koolwaterstoffen te betrekken uit een andere bron, bijvoorbeeld de brandstof voor de verbrandingseenheid die reeds ter plaatse beschikbaar is. Combinaties van effluent en een dergelijke andere bron zijn 20 uiteraard ook mogelijk.
De reductantvormende stap kan een partiële-oxidatie-stap zijn, waarbij gebruik wordt gemaakt van een partiële-oxidatiekatalysator. Ook kan de reductantvormende stap een stoomreformeringsstap zijn waarbij gebruikgemaakt wordt van 25 een stoomreformeringskatalysator.
Een geschikte reductantvormende katalysator is bijvoorbeeld een partiële-oxidatiekatalysator. In * aanwezigheid van een dergelijke katalysator vindt de partiële oxidatie van koolwaterstoffen plaats. De voor deze 30 partiële oxidatie benodigde zuurstof kan dan betrokken worden uit het effluent van de verbrandingseenheid, maar kan ook apart worden toegevoegd, bijvoorbeeld door toevpeging van lucht. Ook combinaties van deze twee bronnen zijn mogelijk. De productstroom van de partiële-35 oxidatiestap is zeer geschikt om als reductantenstroom te worden toegepast.
*1012293 5
Een andere mogelijkheid om een stroom die H2 en/of CO, en optioneel koolwaterstoffen omvat te bereiden uit een stroom die koolwaterstoffen omvat, is door een zogenaamde stoomreformering toe te passen. Naast koolwaterstoffen 5 dient bij stoomreformering water aan de stoomreformerings-stap te worden toegevoegd. Dit water kan afkomstig zijn uit het effluent van de verbrandingsmotor, uit een aparte voorraad of uit een combinatie van deze twee bronnen. Bij stoomreformering worden koolwaterstoffen omgezet met water 10 (stoom) tot een mengsel van koolwaterstoffen, zoals methaan, en/of H2 en C02. Als gevolg van chemische evenwichten kan naast deze componenten ook CO aanwezig zijn. Het op deze wijze ontstane mengsel is zeer geschikt om als reductantenstroom te worden toegepast.
15 Vervolgens worden de reductantstroom tezamen met het effluent van de verbrandingseenheid in contact gebracht met een deNOx-katalysator waardoor de gewenste omzetting van stikstofoxiden plaatsvindt.
Het ter plaatse produceren van de reductant biedt 20 een aantal belangrijke voordelen. Zo kan de aanvoer van reductanten volgens de uitvinding continu geschieden, in geval van aardgas, of in elk geval tegelijk met de aanvoer van de brandstof voor de verbrandingseenheid en is het niet meer nodig om deze apart op voorraad te hebben en te 25 houden. Dit kan bijvoorbeeld praktisch zijn bij toepassing in mobiele verbrandingseenheden, zoals vracht- of personenauto's omdat'dan geen aparte opslagtanks aanwezig * hoeven te zijn voor het reductiemiddel. Ook bij stationaire eenheden kan dit een belangrijk voordeel zijn. Ook is het 30 feit dat geen ammoniak en ureum (al dan niet als ureumoplossing) wordt gebruikt, althans niet extern betrokken hoeft te worden, een voordeel, omdat de bovengeschetste nadelen die aan het gebruik van deze reductanten kleven zich niet meer voordoen.
35 Een ander voordeel van de uitvinding doet zich voor indien koolwaterstoffen uit het effluent van de waf0122 96 6 verbrandingseenheid worden gebruikt als voeding voor de reductantvormende stap, aangezien dan de hoeveelheden koolwaterstoffen in het uitlaatgas omlaag zullen worden gebracht, doordat deze gebruikt worden voor de reactie met 5 NOx. Een dergelijke vermindering is gunstig, aangezien de uitstoot van koolwaterstoffen vanuit milieuoogpunt ongewenst is.
Derhalve wordt de onderhavige uitvinding gekenmerkt door een werkwijze omvattende een verbrandingseenheid met 10 als voeding een stroom a) omvattende één of meer brandstoffen en een ten opzichte van de brandstof overmaat zuurstof bevattende stroom b) welke verder stikstof omvat, waarbij het effluent van de genoemde verbrandingseenheid zuurstof en stikstofoxiden omvat en tezamen met een stroom 15 c) die waterstof, koolmonoxide en optioneel één of meer koolwaterstoffen omvat met een katalysator die geschikt is voor het omzetten van stikstofoxiden in moleculair stikstof in contact wordt gebracht, waarbij stroom c) in hoofdzaak vrij is van extern toegevoegd ammoniak en ureum en in 20 hoofdzaak verkregen is door het in contact brengen van stromen d) en e) met een reductantvormende katalysator die geschikt is voor het omzetten van koolwaterstoffen in CO en/of H2 en optioneel andere koolwaterstoffen, waarbij stroom d) één of meer koolwaterstoffen omvat en stroom e) 25 zuurstof en/of water omvat. De verbrandingseenheid is geschikt voor de opwekking van warmte, en optioneel van arbeid. De verbrandingseenheid kan op basis van een vlam * werken maar de verbranding in de verbrandingseenheid kan ook langs katalytische weg verlopen. Bij voorkeur is de 30 verbrandingseenheid een gasmotor, gasturbine, dieselmotor of benzinemotor.
Met een stroom c) die in hoofdzaak vrij is van extern toegevoegd ammoniak en ureum wordt bedoeld dat er aan deze stroom volgens de uitvinding geen reductanten van 35 dit type hoeven te worden toegevoegd. Wel kunnen er ammoniak, en eventueel daarvan afgeleide verbindingen zoals «•1012296 7 ureum, aanwezig zijn, als gevolg van de bovengenoemde evenwichtsreactie van N2 en H2.
Bijzondere voorkeur heeft de werkwijze en de daartoe geschikte inrichting volgens de uitvinding waarbij de motor 5 voorzien is van een warmtewisselaar, zodanig dat ten minste een gedeelte van de bij de verbranding vrijkomende warmte nuttig kan worden aangewend, bijvoorbeeld voor verwarming, zoals van kassen of andere ruimten. Dergelijke eenheden, waarbij tezelfdertijd zowel warmte als arbeid worden 10 opgewekt, waarbij de arbeid veelal in de vorm van elektrisch vermogen is, worden ook wel warmte-krachteenheden of warmte-krachtcentrales genoemd.
Ook kan de uitvinding worden toegepast in diverse vervoermiddelen zoals vaartuigen, vliegtuigen, vracht- en 15 personenauto's en treinen voorzien van een op koolwaterstoffen gestookte locomotief.
De werkwij ze volgens de uitvinding en de daartoe geschikte inrichtingen is met name geschikt voor het bedrijven van verbrandingseenheden onder zogenaamde lean-20 burncondities, dat wil zeggen: condities waarbij de verhouding tussen de stromen a) en b) zodanig gekozen is dat de hoeveelheid.zuurstof ten minste de voor de volledige verbranding van de brandstoffen in stroom a) benodigde hoeveelheid is. Dit zijn de omstandigheden waaronder 25 zuurstof in het effluent van de verbrandingseenheid aanwezig is en waarbij met voordeel de deNOx-reactie met het effluent van de katalytische partiële oxidatie-stap kan * worden uitgevoerd.
Geschikte brandstoffen voor de voedingsstroom a) 30 zijn koolwaterstoffen en/of synthesegas (CO/H2-mengsel) .
Bij voorkeur worden de koolwaterstoffen voor de reductantvormende stap althans gedeeltelijk betrokken uit dezelfde bron als de brandstof voor de verbrandingseenheid. In dit geval omvatten stroom a) en stroom d) dezelfde 3 5 componenten.
ui 0 1 2 2'j 6 δ
Teneinde het gehalte koolwaterstoffen in de uitstoot van de inrichting voor de werkwij ze volgens de uitvinding terug te brengen, kunnen volgens een andere voorkeurs-uitvoering van de uitvinding de koolwaterstoffen die 5 aanwezig zijn in het effluent van de verbrandingseenheid worden toegepast als voeding voor de reductantvormende stap, al dan niet aangevuld met een koolwaterstoffenstroom die van elders wordt betrokken.
Teneinde het zuurstofgehalte bij het in contact 10 brengen van de stromen met de deNOx-katalysator laag te houden, kan volgens weer een andere voorkeursuitvoering van de uitvinding het effluent van de verbrandingseenheid worden toegepast als zuurstofbron, al dan niet aangevuld met een zuurstofstroom die van elders wordt betrokken.
15 Als brandstof voor de verbrandingseenheid kunnen naast synthesegas in principe alle daartoe geschikte koolwaterstoffen worden aangewend. Praktische voorkeur geniet het echter, wanneer de koolwaterstoffen uit stroom a) en d) onafhankelijk gekozen zijn uit de groep bestaande 20 uit aardgas (dat in hoofdzaak methaan omvat), dieselolie, benzine, stookolie, methanol, ethanol, nafta, kerosine, ethaan, propaan, butaan, LPG, derivaten en mengsels daarvan.
De katalysator voor het omzetten van stikstofoxiden 25 kan worden gekozen uit de groep katalysatoren die de reductie van NOx katalyseren, zoals de gangbare katalysatoren voor verwijdering van NOx. Bij voorkeur * worden deze gekozen uit de groep omvattende zeolieten, metaalgewisselde zeolieten, zoals met Co, Cu en/of Ce 30 gewisselde zeolieten, Pt, Rh en/of Ir katalysator, desgewenst aangebracht op een drager zoals een washcoat welke verder Ba, La, Y, Sr, Pr, Ce, Si, Ti, Al en/of Zr kan omvatten.
De katalysator voor de partiële oxidatie van 35 koolwaterstoffen kan worden gekozen uit de groep bestaande uit Pt, Rh, Ru, Pd, Co en Ni, desgewenst aangebracht op
-101229S
$ 9 geschikte dragers zoals Al203, Si02, Ti02/ Zr02, silica/alumina-zeolieten en mengsels daarvan, eventueel gestabiliseerd met bijvoorbeeld Si, La, Ba of Y en mengsels daarvan.
5 De stoomreformeringskatalysator die in staat is om een mengsel van koolwaterstoffen en water om te zetten in een mengsel van H2, CO, C02 en/of koolwaterstoffen kan iedere gebruikelijke stoomreformeringskatalysator zijn, al dan niet op een drager, volgens gebruikelijke technieken, 10 zoals bij de vakman bekend. Bij voorkeur is de stoomreformeringskatalysator een gedragen katalysator die Ni, Rh en/of Pt omvat.
Voor het bedrijven van een inrichting volgens de uitvinding dienen factoren als koolwaterstof/zuurstof-15 verhouding, temperatuur, druk, verblijftijd en/of hoeveelheid katalysator voor de partiële oxidatie van koolwaterstoffen zodanig gekozen te worden dat er geen volledige oxidatie plaatsvindt. De molaire koolwaterstof/zuurstof-verhouding wordt uitgedrukt in λ^, 20 zodanig dat voor stoechiometrische verhoudingen (dat wil zeggen: juist voldoende zuurstof om de volledige verbranding van de brandstof te bewerkstelligen) geldt dat λεΡ0 = !· Volgens de uitvinding dient λερο < 1 te zijn. Bij voorkeur geldt dat 0,2 < λορο < 0,7. λαΡ0 is regelbaar door 25 instelling van de lucht/brandstof-hoeveelheid en is afhankelijk van de gebruikte koolwaterstoffen.
De temperatuur voor de reductantvormende stap ligt in het algemeen tussen 250 en 1100°C. De verblijftijd voor de reductantvormende stap ligt in het algemeen tussen 200 30 en 150.000 h*1. Hoewel de druk ook van invloed zal zijn, wordt deze over het algemeen opgelegd door de overige procescondities. In het algemeen zal de druk atmosferisch of iets hoger zijn en niet hoger zijn dan 50 bar.
Buitengewoon voordeel kan worden verkregen indien de 35 deNOx-stap wordt uitgevoerd met een zogenaamde NOx-opslag-en-reductie-katalysator (NOx Storage and Reduction *1012293 « t 10
Catalyst, NSR), zoals bijvoorbeeld beschreven in N.
Takhashi et al., Environmental Catalysis, biz. 45, (1995).
Volgens deze werkwijze wordt de deNOx-stap discontinu bedreven waarbij stroom a) en optioneel stroom d) een of 5 meer koolwaterstoffen omvatten en de katalysator voor het omzetten van stikstofoxiden een barium omvattende aluminawashcoat op een gestructureerde drager zoals een monoliet is, waarmee afwisselend stroom c) mede in contact wordt gebracht. Een zeer effectieve NOx-verwijdering kan zo 10 verkregen worden. Bij voorkeur zijn volgens deze uitvoeringsvorm de koolwaterstoffen in stromen a) en d) afkomstig uit aardgas.
Zowel de deNOx-katalysator als de reductantvormende katalysator kunnen bij de werkwijze volgens de uitvinding 15 aanwezig zijn in de bij de vakman bekende vormen zoals in de vorm van een bed van korrels, extrudaten, granules, en/of pellets, danwel aangebracht op keramische of zogenaamde metalen monolieten, of anderszins gestructureerde vormen.
2 0 De toepassing van de katalysator in gestructureerde vorm verdient de voorkeur omdat hiermee overige voor de werkwijze van belang zijnde factoren, zoals drukval, menging, contacttijd, warmtehuishouding, mechanische sterkte en levensduur, door geschikte keuzen op de 25 heersende condities kunnen worden afgestemd en daarmee de werkwijze kan worden geoptimaliseerd.
De uitvinding wordt dus gekenmerkt door het gebruik van een katalysator geschikt voor het omzetten van stikstofoxiden in combinatie met ofwel een katalysator 30 geschikt voor de partiële oxidatie van koolwaterstoffen, ofwel een katalysator geschikt voor stoomreformering, voor het omzetten van stikstofoxiden bij het opwekken van warmte en optioneel arbeid uit koolwaterstoffen, zonder dat daarbij ammoniak of ureum extern hoeven te worden 35 toegevoegd.
*1012296

Claims (15)

1. Werkwijze voor het verbranden van brandstoffen omvattende de stappen van het toevoeren van tenminste een stroom a) omvattende één of meer brandstoffen en een ten opzichte van de brandstof overmaat zuurstof bevattende 5 stroom b) welke verder stikstof omvat, waarbij het effluent van de genoemde verbrandingseenheid zuurstof en stikstofoxiden omvat en tezamen met een stroom c) die waterstof, koolmonoxide en optioneel één of meer koolwaterstoffen omvat, met een katalysator die geschikt is 10 voor het omzetten van stikstofoxiden in moleculair stikstof in contact wordt gebracht, waarbij aan stroom c) geen ammoniak en geen ureum wordt toegevoegd en waarbij stroom c) in hoofdzaak verkregen is door het in contact brengen van stromen d) en e) met een reductantvormende katalysator 15 die geschikt is voor het omzetten van koolwaterstoffen in CO en/of H2 en optioneel andere koolwaterstoffen, waarbij stroom d) één of meer koolwaterstoffen omvat en stroom e) zuurstof en/of water omvat.
2. Werkwij ze volgens conclusie 1 waarbij de genoemde 20 verbrandingseenheid een warmte-krachteenheid is.
3. Werkwij ze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de reductantvormende stap een partiêle-oxidatiestap * is, gebruikmakend van een partiële-oxidatiekatalysator of een stoomreformeringsstap is, gebruikmakend van een 25 stoomreformeringskatalysator.
4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de brandstof in stroom a) synthesegas en/of één of ♦ meer koolwaterstoffen omvat. Ui 0 12 : 9 C
5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij stroom a) en stroom d) althans gedeeltelijk dezelfde verbindingen omvatten.
6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 5 waarbij de genoemde reductantvormende katalysator behalve met een stroom d) bovendien in contact wordt gebracht met althans een gedeelte van het effluent van de genoemde verbrandingseenheid welk effluent bovendien koolwaterstoffen en water en optioneel koolmonoxide en/of 10 waterstof omvat.
7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij het effluent van de genoemde verbrandingseenheid en stroom e) althans gedeeltelijk dezelfde verbindingen omvatten.
8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de brandstof in stroom a) koolwaterstoffen omvat welke, evenals de koolwaterstoffen in stroom d), onafhankelijk gekozen zijn uit de groep bestaande uit aardgas, dieselolie, benzine, stookolie, methanol, ethanol, 20 nafta, kerosine, ethaan, propaan, butaan, LPG en mengsels daarvan.
9. Werkwij ze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de katalysator voor het omzetten van stikstofoxiden gekozen is uit de groep omvattende zeolieten, ' 25 metaalgewisselde zeolieten, Pt, Rh en/of Ir katalysator, optioneel op een drager welke verder Ba, La, Y, Sr, Pr, Ce, Si, Ti, Al en/of Zr omvat, en combinaties daarvan.
10. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de reductantvormende katalysator een partiële- 30 oxidhtiekatalysator voor de partiële oxidatie van koolwaterstoffen is, gekozen uit de groep bestaande uit Pt, Rh, Ru, Pd, Co en Ni en combinaties daarvan, optioneel >0t229c aangebracht op een drager welke drager optioneel gestabiliseerd is met Si, La, Ba en/of Y.
11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de reductantvormende katalysator een 5 stoomreformeringskatalysator is die Ni, Rh en/of Pt omvat.
12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies * waarbij de reductantvormende stap een partiële-oxidatiestap is waarbij de verhouding koolwaterstoffen en zuurstof zodanig gekozen is dat er geen volledige oxidatie 10 plaatsvindt.
13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij stroom a) en optioneel stroom d) een koolwaterstof omvatten dat bij voorkeur uit aardgas afkomstig is, en de katalysator voor het omzetten van stikstofoxiden een barium 15 omvattende aluminawashcoat op een gestructureerde drager is, waarmee afwisselend stroom c) mede in contact wordt gebracht.
14. Gebruik van een katalysator geschikt voor het omzetten van stikstofoxiden in combinatie met een 20 katalysator geschikt voor de partiële oxidatie van koolwaterstoffen voor het omzetten van stikstofoxiden bij het opwekken van warmte en optioneel arbeid uit koolwaterstoffen.
, 15. Gebruik van een katalysator geschikt voor het 25 omzetten van stikstofoxiden in combinatie met een katalysator geschikt voor stoomreformering van koolwaterstoffen voor het omzetten van stikstofoxiden bij het opwekken van warmte en optioneel arbeid uit koolwaterstoffen. »1012296
NL1012296A 1999-06-11 1999-06-11 Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden. NL1012296C2 (nl)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1012296A NL1012296C2 (nl) 1999-06-11 1999-06-11 Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden.
EP00941030A EP1204458A1 (en) 1999-06-11 2000-06-13 Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream
JP2001502955A JP2003530982A (ja) 1999-06-11 2000-06-13 酸素含有ガス流から窒素酸化物を除去する方法
CN00808801A CN1355721A (zh) 1999-06-11 2000-06-13 从含氧气流中脱除氮氧化物的方法
PCT/NL2000/000404 WO2000076637A1 (en) 1999-06-11 2000-06-13 Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream
CA002374647A CA2374647A1 (en) 1999-06-11 2000-06-13 Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream
AU55796/00A AU5579600A (en) 1999-06-11 2000-06-13 Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1012296 1999-06-11
NL1012296A NL1012296C2 (nl) 1999-06-11 1999-06-11 Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1012296C2 true NL1012296C2 (nl) 2000-12-12

Family

ID=19769357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1012296A NL1012296C2 (nl) 1999-06-11 1999-06-11 Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden.

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1204458A1 (nl)
JP (1) JP2003530982A (nl)
CN (1) CN1355721A (nl)
AU (1) AU5579600A (nl)
CA (1) CA2374647A1 (nl)
NL (1) NL1012296C2 (nl)
WO (1) WO2000076637A1 (nl)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7264785B2 (en) 2001-12-20 2007-09-04 Johnson Matthey Public Limited Company Selective catalytic reduction
DE10237777A1 (de) * 2002-08-17 2004-02-26 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit Reduktionsmittelerzeugungseinheit und Betriebsverfahren hierfür
CA2406386C (en) 2002-10-02 2004-05-18 Westport Research Inc. Method and apparatus for regenerating nox adsorbers
CA2422188A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-02 Westport Research Inc. Bypass controlled regeneration of nox adsorbers
DE10301605A1 (de) * 2003-01-17 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Katalysators und Vorrichtung zum Dosieren wenigstens eines Reagens
US8037674B2 (en) 2003-02-12 2011-10-18 Delphi Technologies, Inc. System and method of NOx abatement
DE10315593B4 (de) 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
EP1484103A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-08 Umicore AG & Co. KG Process and apparatus for catalytic conversion of hydrocarbons for generating a gas rich in hydrogen
AT412845B (de) * 2003-07-14 2005-08-25 Alpps Fuel Cell Systems Gmbh Abgasnachbehandlungssystem zur reduzierung der nox-emissionen von wärmekraftmaschinen mittels aus treibstoff erzeugtem reduktionsmittel
US7402292B2 (en) 2005-09-19 2008-07-22 Delphi Technologies, Inc. Device and methods of ammonia generation for NOx abatement
US8539760B2 (en) * 2010-09-14 2013-09-24 GM Global Technology Operations LLC Catalyst materials for NOx oxidation in an exhaust aftertreatment system that uses passive ammonia SCR
CN102162389B (zh) * 2011-03-30 2013-03-13 北京工业大学 一种基于重整气净化发动机尾气的装置及方法
TWI812634B (zh) * 2017-08-24 2023-08-21 丹麥商托普索公司 自熱性氨裂解製程
WO2022066829A1 (en) 2020-09-24 2022-03-31 Miratech Group, Llc Apparatus, system, and method for oxidizing methane in a lean-burn engine exhaust

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4230408A1 (de) * 1991-09-13 1993-03-18 Aisin Seiki Verfahren zur reduzierung der stickoxide in einer eine kontinuierliche verbrennung durchfuehrenden brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
EP0537968A1 (en) * 1991-10-16 1993-04-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nitrogen oxides decreasing apparatus for an internal combustion engine
DE4404617A1 (de) * 1994-02-14 1995-08-17 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytisierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen
DE19600558A1 (de) * 1996-01-09 1997-07-10 Daimler Benz Ag Verfahren zur Verringerung von Stickoxiden in Abgasen von Dieselmotoren

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2850547B2 (ja) * 1990-02-09 1999-01-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE19543219C1 (de) * 1995-11-20 1996-12-05 Daimler Benz Ag Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors
US5891409A (en) * 1996-08-19 1999-04-06 The Regents Of The University Of California Pre-converted nitric oxide gas in catalytic reduction system
DE19636790A1 (de) * 1996-09-11 1998-03-12 Volkswagen Ag NOx-Abgasreinigungsverfahren
JP3956437B2 (ja) * 1996-09-26 2007-08-08 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4230408A1 (de) * 1991-09-13 1993-03-18 Aisin Seiki Verfahren zur reduzierung der stickoxide in einer eine kontinuierliche verbrennung durchfuehrenden brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
EP0537968A1 (en) * 1991-10-16 1993-04-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nitrogen oxides decreasing apparatus for an internal combustion engine
DE4404617A1 (de) * 1994-02-14 1995-08-17 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytisierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen
DE19600558A1 (de) * 1996-01-09 1997-07-10 Daimler Benz Ag Verfahren zur Verringerung von Stickoxiden in Abgasen von Dieselmotoren

Also Published As

Publication number Publication date
CN1355721A (zh) 2002-06-26
JP2003530982A (ja) 2003-10-21
CA2374647A1 (en) 2000-12-21
EP1204458A1 (en) 2002-05-15
WO2000076637A1 (en) 2000-12-21
AU5579600A (en) 2001-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1012296C2 (nl) Werkwijze voor het verwijderen van stikstofoxiden.
US8181445B2 (en) Device and method for exhaust gas aftertreatment
EP2222388B1 (en) Denox of diesel engine exhaust gases using a temperature-controlled precatalyst for providing no2 in accordance with the requirements
EP2616175B1 (en) Combined slip catalyst and hydrocarbon exotherm catalyst
US20080085231A1 (en) System and method for reducing nitrogen oxides emissions
US20080131345A1 (en) Multi-bed selective catalytic reduction system and method for reducing nitrogen oxides emissions
EP2102462B1 (en) Reduction of nitrogen oxides using multiple split streams
US8062601B2 (en) Emission SCR NOX aftertreatment system having reduced SO3 generation and improved durability
US8099951B2 (en) Dual bed catalyst system for NOx reduction in lean-burn engine exhaust
KR101866930B1 (ko) 일련의 3개의 SCR 촉매 지대를 사용하는 배기 가스 NOx 처리
US20100095591A1 (en) Emissions control system and method
Polychronopoulou et al. NOx control via H2-selective catalytic reduction (H2-SCR) technology for stationary and mobile applications
Gunnarsson et al. Combining HC-SCR over Ag/Al2O3 and hydrogen generation over Rh/CeO2-ZrO2 using biofuels: An integrated system approach for real applications
US20120107207A1 (en) Systems and methods for enhanced selective catalytic reduction of nox
JP4294097B2 (ja) リーン−バーン内燃機関用の排気制御機構
Kirillov et al. Reduction of nitrogen oxides in diesel exhaust: Prospects for use of synthesis gas
Pérez‐Ramírez et al. Dual‐bed Catalytic System for the Selective Reduction of NOx with Propene
Sandhu et al. Catalytic NOx Aftertreatment—Towards Ultra-Low NOx Mobility
WO2023118827A1 (en) A compressed natural gas combustion and exhaust system
WO2023118826A1 (en) A compressed natural gas combustion and exhaust system
Calza et al. Alikina, GM, see Isupova, LA 171 AylloÂn, JA, see Saadoun, L. 269

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20040101