ES2330573T3 - Procedimiento y dispositivo para reducir la proporcion de oxidos de nitrogeno en el gas de escape de un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para reducir la proporción de óxidos de nitrógeno en el gas de escape de un motor de combustión interna (1) por medio de una reducción catalítica selectiva en un catalizador de reducción (6), para la cual se habilita al menos discontinuamente un agente reductor, caracterizado porque, para la determinación de la cantidad (14, 15, 16) de agente reductor que se debe habilitar, se tienen en cuenta un poder de acumulación (12, 13) del catalizador de reducción (6) para el agente reductor y la dependencia de este poder de acumulación (12, 13) respecto de la temperatura del catalizador de reducción (6), y porque se calcula la temperatura futura del catalizador de reducción (6) teniendo en cuenta al menos una de las informaciones siguientes: - un comportamiento de regeneración de un separador de partículas (4); y - una carga de un separador de partículas (4), realizándose una regeneración del separador de partículas (4) cuando la cantidad de agente reductor almacenada en el catalizador de reducción (6) es menor o igual que el poder de acumulación (12, 13) a la máxima temperatura en el catalizador de reducción (6) generada por la regeneración.
Description
Procedimiento y dispositivo para reducir la
proporción de óxidos de nitrógeno en el gas de escape de un motor de
combustión interna.
Son objeto de la presente invención un
procedimiento y un dispositivo para reducir la proporción de óxidos
de nitrógeno en el gas de escape de un motor de combustión interna.
Preferiblemente, la invención se puede utilizar en el tratamiento
de gases de escape en automóviles.
En muchos países de todo el mundo se han
adoptado regulaciones legales que fijan un valor límite superior
para el contenido de determinadas sustancias en el gas de escape de
motores de combustión interna. Se trata aquí casi siempre de
sustancias cuya emisión al medio ambiente es poco deseable. Una de
estas sustancias la representan los óxidos de nitrógeno (NO_{x}),
cuya proporción en el gas de escape no puede sobrepasar valores
límite legalmente establecidos. Debido a las condiciones marco, por
ejemplo al diseño de los motores de combustión interna en lo que
respecta a un consumo favorable y similares, la evitación de la
emisión de óxidos de nitrógeno en el interior del motor es apta
solamente en grado limitado para la aminoración de la proporción de
los óxidos de nitrógeno en el gas de escape, de modo que es
necesario un tratamiento posterior de los gases de escape para
respetar valores límite relativamente bajos. Se ha comprobado a este
respecto que es ventajosa una reducción catalítica selectiva (SCR,
selective catalytic reduction) de los óxidos de nitrógeno. Este
método SCR necesita un agente reductor que contenga nitrógeno. En
particular, se ha comprobado que la utilización de amoniaco
(NH_{3}) como agente reductor representa una alternativa posible.
Se efectúa una reducción de los óxidos de nitrógeno a nitrógeno
molecular con un simultáneo consumo del agente reductor. La
reducción catalítica selectiva se desarrolla usualmente en el gas
de escape al circular éste por un cuerpo de soporte de catalizador
correspondientemente configurado. Éste está provisto usualmente de
un material catalíticamente activo, por ejemplo en forma de un
revestimiento correspondiente que contiene sustancias
catalíticamente activas. Tales revestimientos presentan un poder de
acumulación para el agente reductor, especialmente amoniaco.
Usualmente, no se tiene en cuenta este poder de acumulación para la
regulación de la habilitación de agente reductor, de modo que se
pueden entregar óxidos de nitrógeno no reaccionados o agente
reductor al medio ambiente.
Se conoce por el documento
DE-A1-100 43 798 un procedimiento de
funcionamiento de un catalizador para la reducción catalítica
selectiva de óxidos de nitrógeno. Se vigilan aquí una temperatura
del catalizador y una cantidad de agente reductor almacenada en el
catalizador. Cuando se produce un aumento de temperatura esperable
en el catalizador, se obtiene la cantidad de agente reductor
acumulable a esta temperatura en el catalizador. Cuando se presenta
un exceso de agente reductor no acumulable a la temperatura que cabe
esperar, se elimina este exceso.
Partiendo de esto, la invención se basa en el
problema de indicar un procedimiento y un dispositivo para reducir
los óxidos de nitrógeno presentes en el gas de escape de un motor de
combustión interna, que reduzcan o impidan la probabilidad de una
entrega del agente reductor al medio ambiente.
Este problema se resuelve por medio de un
procedimiento y un dispositivo con las características de las
respectivas reivindicaciones independientes. Las respectivas
reivindicaciones subordinadas se dirigen a perfeccionamientos
ventajosos.
El procedimiento según la invención para reducir
la proporción de óxido de nitrógeno en el gas de escape de un motor
de combustión interna por medio de una reducción catalítica
selectiva en un catalizador de reducción, para la cual se habilita
al menos discontinuamente un agente reductor, se basa en que, para
el cálculo de la cantidad del agente reductor que se ha de
habilitar, se tienen en cuenta un poder de acumulación del
catalizador de reducción para el agente reductor y la dependencia
de este poder de acumulación respecto de la temperatura del
catalizador de reducción.
Por catalizador de reducción se entiende una
estructura que presenta sustancias catalíticas que catalizan la
reducción catalítica selectiva de los óxidos de nitrógeno. Este
revestimiento comprende, por ejemplo, óxido mixto de
vanadio/wolframio soportado por dióxido de titanio (anatasa) o
zeolitas permutadas por metal, preferiblemente zeolitas de hierro.
La estructura puede comprender un cuerpo de nido de abeja, por
ejemplo de cerámica, en el que están alojadas especialmente las
sustancias analíticas, o bien un cuerpo de nido de abeja que está
constituido por al menos una capa metálica, preferiblemente una
lámina de chapa, y/o una capa metálica fabricada a base de un
material metálico poroso. Los cuerpos de nido de abeja comprenden
cavidades que pueden ser atravesadas por un gas de escape. El
cuerpo de nido de abeja puede presentar un revestimiento
correspondiente, por ejemplo un revestimiento cerámico aplicado por
lavado, con las sustancias catalíticas. Como agente reductor se
utiliza preferiblemente amoniaco (NH_{3}). Por poder de
acumulación se entiende la cantidad de agente reductor que puede
incorporarse en el revestimiento y/o en el cuerpo de nido de abeja y
que puede ser adsorbida en o sobre éste, de preferencia sorbida por
vía física y/o química. Por habilitación al menos discontinua se
entiende una habilitación que puede efectuarse discontinua o
continuamente. La habilitación comprende especialmente la
aportación de un precursor de agente reductor que reaccione para
obtener un agente reductor, la aportación de un agente reductor y
la generación de un precursor de agente reductor y/o del propio
agente reductor a partir de materias presentes en el gas de
escape.
Usualmente, el poder de acumulación para agente
reductor del catalizador de reducción disminuye al aumentar la
temperatura, de modo que a temperatura creciente del catalizador de
reducción puede producirse, sin el procedimiento conforme a la
invención, una desorción de agente reductor desde el catalizador de
reducción. Sin embargo, dado que la temperatura del catalizador de
reducción es determinable, siendo preferiblemente mensurable y/o
calculable, se puede calcular una temperatura futura del catalizador
de reducción, de modo que se puede adaptar la cantidad de agente
reductor que se ha de habilitar. Por adaptación se entiende
especialmente una reducción de la cantidad de agente reductor que
se ha de habilitar. La habilitación de una cantidad reducida de
agente reductor necesaria para la reacción completa de los óxidos de
nitrógeno no conduce en principio a una emisión de óxidos de
nitrógeno hacia el medio ambiente cuando el agente reductor está
incorporado en el catalizador de reducción. Debido a la alta
afinidad de los óxidos de nitrógeno para con el agente reductor,
especialmente para con el amoniaco, éste se desprende del
catalizador de reacción y puede reaccionar con el óxido de
nitrógeno.
Por ejemplo, la regeneración de un separador de
partículas, especialmente un filtro de partículas cerrado, un
filtro de flujo secundario y/o un separador de partículas
electrostático, conduce a una temperatura elevada del gas de escape
debido a la oxidación del carbono de las partículas. Cuando el
catalizador de reducción está dispuesto aguas abajo del separador
de partículas, se incrementa así también la temperatura de este
catalizador de reducción. Debido a la elevada temperatura disminuye
el poder de acumulación del catalizador de reducción, de modo que,
cuando la cantidad incorporada de agente reductor se encuentra por
encima del poder de acumulación reducido, se entrega, especialmente
se desorbe, la diferencia de esta cantidad con respecto al poder de
acumulación a la temperatura actual. Se produce de esta manera una
liberación no deseada de agente reductor hacia el medio ambiente.
Sin embargo, según la invención, se tiene en cuenta la dependencia
del poder de acumulación respecto de la temperatura. Por ejemplo,
esto significa que, cuando el separador de partículas está
necesitado de regeneración, es decir, por ejemplo, la carga del
separación de partículas se encuentra por encima de un valor límite,
no se realiza directamente una regeneración, sin que se calcula
primero qué evolución de la temperatura cabe esperar en el
catalizador de reducción a consecuencia de la regeneración. Se tiene
en cuenta aquí especialmente también la cantidad de carbono que se
debe oxidar. Sobre la base de la evolución de la temperatura se
calcula la cantidad de agente reductor que se libera desde el
catalizador de reducción. Esta cantidad se tiene en cuenta después
para la habilitación de agente reductor y en particular se reduce a
lo largo de un espacio de tiempo hasta la realización de la
regeneración la cantidad de agente reductor que se ha de habilitar
en el sistema de gas de escape. La regeneración se realiza en
particular únicamente cuando la cantidad de agente reductor
almacenada en el catalizador de reducción es menor o igual que el
poder de acumulación del catalizador de reducción a la máxima
temperatura presente en el catalizador de reducción durante la
regeneración.
Al disminuir la temperatura, es decir, al
aumentar el poder de acumulación para agente reductor, se puede
incrementar la cantidad de agente reductor que se debe habilitar de
modo que, a pesar de la incorporación de agente reductor en el
catalizador de reducción, se efectúe una conversión lo más completa
posible de los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape.
Cuando la cantidad del agente reductor incorporado en el
catalizador de reducción alcanza el poder de acumulación a la
temperatura correspondiente, se puede reducir de nuevo la cantidad
de agente reductor a habilitar hasta la cantidad que se necesita
para la conversión de los óxidos de nitrógeno presentes en el gas
de escape.
Como alternativa o adicionalmente a que al
habilitar el agente reductor se tengan en cuenta un poder de
acumulación del catalizador de reducción y la dependencia de este
poder de acumulación respecto de la temperatura del catalizador de
reducción, puede estar formado también aguas abajo del catalizador
de reducción un catalizador de oxidación que oxide el agente
reductor que atraviese el catalizador de reducción. Preferiblemente,
este catalizador de oxidación está dimensionado de modo que se
aumente la cantidad de agente reductor que puede ser convertida con
seguridad por el catalizador de reducción ante un salto de
temperatura desde la temperatura de funcionamiento normal hasta la
temperatura incrementada en el catalizador de reducción que se
aplica para la regeneración de un separador de partículas, con lo
que se puede impedir también entonces la salida de agente reductor
hacia al medio ambiente.
Según la invención, se calcula una evolución
futura de la temperatura del catalizador de reducción.
El cálculo de la evolución futura de la
temperatura del catalizador de reducción puede tener en cuenta
valores de medida de la temperatura del catalizador de reducción
y/o de otros sitios del sistema de gas de escape del motor de
combustión interna. Como alterna o adicionalmente, se puede recurrir
a datos de control, por ejemplo a un campo característico del motor
de combustión interna o similares. El cálculo puede tener en cuenta
eventos futuros tales como, por ejemplo, la regeneración de un
separador de partículas. El cálculo puede comprender una
extrapolación pura de la situación actual o bien modelos
confeccionados a base de valores anteriores que tengan en cuenta,
por ejemplo, modos de conducción usuales del conductor.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se calcula, ante un incremento esperado de
la temperatura del catalizador de reducción, la cantidad de agente
reductor resultante del mismo que se liberó del catalizador de
reducción y se tiene en cuenta esta cantidad resultante para la
habilitación del agente reductor. La cantidad resultante puede
calcularse, por ejemplo, como diferencia del poder de acumulación a
la temperatura más baja y el poder de acumulación a la temperatura
más alta. Adaptándose a la cantidad de óxidos de nitrógeno en el
gas de escape que puede ser medida y/o calculada, por ejemplo a
partir del campo característico del motor de combustión interna, se
puede suspender o reducir, por ejemplo, la habilitación del agente
reductor hasta que se haya liberado la cantidad necesaria de agente
reductor desde el catalizador de reducción.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se calcula la evolución temporal de la
liberación de agente reductor.
\newpage
A partir de la evolución de la temperatura en el
catalizador de reducción se pueden calcular de manera sencilla la
evolución temporal del poder de acumulación y, por tanto, también la
evolución temporal de la liberación de agente reductor. Esta
evolución puede tenerse en cuenta para la habilitación del agente
reductor, a cuyo fin, por ejemplo para los momentos en los que es
de esperar una liberación, se reduce de manera correspondiente la
cantidad de agente reductor que se debe habilitar.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se tiene en cuenta la evolución temporal
de la liberación para la determinación de la cantidad de agente
reductor que se debe habilitar.
Particularmente cuando se presenta o se espera
un aumento lento de la temperatura, el agente reductor liberado
desde el catalizador de reducción puede utilizarse también en el
momento de la liberación para la reacción de los óxidos de
nitrógeno, de modo que se puede efectuar de antemano una reducción
más pequeña de la cantidad de agente reductor que se debe
habilitar.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se calcula, ante un descenso esperado de
la temperatura del catalizador de reducción, la cantidad de agente
reductor que se ha de incorporar en el catalizador de reducción y
se tiene en cuenta esta cantidad para la habilitación de agente
reductor.
Por tanto, en este caso, se puede incrementar
por breve tiempo la cantidad habilitada de agente reductor, de modo
que, a pesar de una incorporación del agente reductor en el
catalizador de reducción, tenga lugar una conversión
sustancialmente completa de los óxidos de nitrógeno existentes en el
gas de escape.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invenció, se calcula la evolución temporal de la
incorporación de agente reductor.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se tiene en cuenta la evolución temporal
de la incorporación para determinar la cantidad de agente reductor
que se debe habilitar.
Así, se puede determinar la cantidad de agente
reductor que se ha de habilitar de modo que en cualquier momento el
agente reductor reaccione con óxidos de nitrógeno y se incorpore en
el catalizador de reducción, pero no atraviese sin reacción dicho
catalizador de reducción.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se determina la temperatura del
catalizador de reducción de al menos una de las maneras
siguientes:
- medición de la temperatura del catalizador de
reducción y
- cálculo de la temperatura del catalizador de
reducción.
La temperatura puede medirse con sondas de
medida usuales. La temperatura del catalizador de reducción puede
calcularse con ayuda de diferentes datos. En el cálculo de la
temperatura del catalizador de reducción según la invención hay que
tener en cuenta al menos una de las informaciones siguientes:
- una temperatura medida aguas arriba del
catalizador de reducción;
- una temperatura medida aguas abajo del
catalizador de reducción;
- datos de funcionamiento actuales del motor de
combustión interna;
- datos de funcionamiento del motor de
combustión interna provenientes del pasado;
- un comportamiento de regeneración de un
separador de partículas; y
- una carga de un separador de partículas.
Particularmente en condiciones de flujo
conocidas en el sistema de gas de escape se puede determinar la
temperatura del catalizador de reducción con ayuda de un campo
característico del motor de combustión interna, eventualmente
teniendo en cuenta uno o varios valores de temperatura medidos.
Asimismo, se pueden tener en cuenta, por ejemplo, las
características de otros componentes en el sistema de gas de escape,
por ejemplo el calentamiento del gas de escape cuando otro
catalizador situado aguas arriba del catalizador de reducción ha
alcanzado su temperatura de arranque (temperatura "light
off"). Por comportamiento de regeneración de un separador de
partículas se entiende especialmente la temperatura alcanzada del
gas de escape durante la regeneración, la distribución espacial de
la temperatura en el separador de partículas y similares. Por carga
se entiende la masa total de las partículas incorporadas y/o
depositadas en y/o sobre el separador de partículas. En principio,
un separador de partículas puede comprender, por ejemplo, un filtro
de partículas cerrado, un filtro de flujo secundario y/o un
separador de partículas electrostático. Sin embargo, se prefiere en
principio la formación del separador de partículas como un filtro
de partículas cerrado, especialmente con canales alternativamente
cerrados.
Según el procedimiento de la invención, se
realiza una regeneración de un separador de partículas cuando la
cantidad de agente reductor almacenada en el catalizador de
reducción es menor o igual que el poder de acumulación a la máxima
temperatura generada por la regeneración en el catalizador de
reducción.
Según otra ejecución ventajosa del procedimiento
conforme a la invención, se habilita el agente reductor de al menos
una de las maneras siguientes:
- aportación y conversión al menos parcial de un
precursor de agente reductor para obtener el agente reductor;
- aportación del agente reductor;
- generación y conversión al menos parcial del
precursor de agente reductor para obtener el agente reductor; y
- generación del agente reductor.
Por precursor de agente reductor se entiende una
materia que puede convertirse en el agente reductor o liberar éste.
Por ejemplo, la urea representa un precursor para el agente reductor
amoniaco, el cual puede hidrolizarse dando amoniaco. Este
hidrólisis puede tener lugar, por ejemplo, en y/o sobre un
catalizador de hidrólisis correspondientemente revestido que esté
dispuesto aguas arriba del catalizador de reducción. La urea puede
aportarse, por ejemplo, en forma de una solución acuosa y/o como
materia sólida. Otros precursores de agente reductor para el agente
reductor consistente en urea son, por ejemplo, ácido isociánico,
ácido cianúrico y carbamato de amonio. Por generación de un agente
reductor y/o de un precursor de agente reductor se entiende
especialmente una reacción en la que se generan un agente reductor
y/o un precursor de agente reductor sin aportación de más
sustancias, solamente a partir de sustancias contenidas en el gas de
escape. Por ejemplo, se puede generar amoniaco a través de la
generación de monóxido de nitrógeno, especialmente por medio de un
generador de plasma, y la reducción subsiguiente del monóxido de
nitrógeno por medio de un gas que contiene hidrógeno.
Según otro aspecto de la presente invención, se
propone un dispositivo para reducir la proporción de óxido de
nitrógeno en el gas de escape de un motor de combustión interna, que
comprende al menos un catalizador de reducción y un equipo de
control, en donde el equipo de control es adecuado para realizar el
procedimiento según la invención y está destinado al mismo.
Según el dispositivo de la invención, está
comprendido también un separador de partículas. Se prefiere
especialmente aquí la formación del separador de partículas como un
filtro cerrado que presenta, por ejemplo, canales alternativamente
cerrados. Preferiblemente, el equipo de control está diseñado de
modo que la cantidad de agente reductor a habilitar sea reducida
antes de la realización de una regeneración del separador de
partículas para liberar primero la cantidad de agente reductor
almacenada en el catalizador de reducción a fin de impedir así un
gas de escape de agente reductor al producirse el brusco aumento de
la temperatura del catalizador de reducción como consecuencia de la
regeneración del separador de partículas.
Los detalles y ventajas revelados para el
procedimiento según la invención se pueden transferir y aplicar al
dispositivo según la invención, y viceversa. En lo que sigue se
explica la invención con más detalle ayudándose de las figuras
adjuntas, sin que la invención quede limitada a los detalles allí
revelados. Muestran:
La figura 1, esquemáticamente, un ejemplo de
realización de un dispositivo según la invención,
La figura 2, esquemáticamente, una curva de
evolución temporal de una cantidad de agente reductor almacenada en
un catalizador de reducción; y
La figura 3, esquemáticamente, varias curvas de
evolución temporal de la cantidad de agente reductor que debe
habilitarse.
La figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo
de realización de un dispositivo según la invención, con ayuda del
cual se explicará el procedimiento conforme a la invención. Un motor
de combustión interna 1 está unido con un sistema de gas de escape
2 al que se conducen los gases de escape del motor de combustión
interna 1. El sistema de gas de escape 2 comprende en el presente
ejemplo de realización unas tuberías de escape 3, un filtro de
partículas cerrado 4, un catalizador de hidrólisis 5 y un
catalizador de reducción 6. El filtro de partículas cerrado 4 está
constituido, por ejemplo, por un cuerpo de nido de abeja con canales
alternativamente cerrados, de modo que el gas de escape tiene que
atravesar paredes porosas situadas entre los canales. Para
conservar la eficiencia del filtro de partículas 4 se efectúa
regularmente una regeneración de dicho filtro de partículas 4. A
este fin, se oxidan, por ejemplo, las partículas de negro de carbono
depositadas sobre y/o en el filtro de partículas 4. Esto puede
conseguirse por medio de un aumento de la temperatura del gas de
escape a través de un catalizador de oxidación no mostrado colocado
aguas arriba del filtro de partículas 4, a cuyo fin se hace
funcionar el motor de combustión interna 1 con un exceso de
carburante de modo que pasen hidrocarburos por el motor de
combustión interna 1 y sean convertidos en el catalizador de
oxidación, con lo cual se produce un aumento correspondiente de la
temperatura del gas de escape. Si se incrementa la temperatura por
encima de la temperatura de arranque de la oxidación del carbono
catalizada sobre el filtro de partículas 4, este carbono se oxida
por vía exoterma, con lo que se incrementa aún más la temperatura
del gas de escape.
El catalizador de reducción 5 presenta
sustancias catalíticamente activas que catalizan la reducción
catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) a nitrógeno
(N_{2}). En el ejemplo de realización se utilizan amoniaco como
agente reductor y urea como precursor de agente reductor. En un
depósito de urea 7 se mantiene en reserva urea
((NH_{2})_{2}
CO), por ejemplo como una solución acuosa de urea y/o como materia sólida, y esta urea es transportada por una tubería de alimentación 8 hasta un lugar 9 de aportación de urea. El lugar 9 de aportación de urea está configurado, por ejemplo, como una boquilla en el caso de una solución acuosa de urea. A través del lugar 9 de aportación de urea se suministra la urea a la tubería de gas de escape 3 aguas arriba del catalizador de hidrólisis 5. Este catalizador de hidrólisis 5 comprende una estructura provista de un revestimiento correspondiente catalíticamente activo. Sobre y/o en el catalizador de hidrólisis 5 se produce una termólisis y/o una hidrólisis de la urea para convertirla en amoniaco y dióxido de carbono. El amoniaco así producido es transportado con el gas de escape hasta el catalizador de reducción 6 y reacciona allí con óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape.
CO), por ejemplo como una solución acuosa de urea y/o como materia sólida, y esta urea es transportada por una tubería de alimentación 8 hasta un lugar 9 de aportación de urea. El lugar 9 de aportación de urea está configurado, por ejemplo, como una boquilla en el caso de una solución acuosa de urea. A través del lugar 9 de aportación de urea se suministra la urea a la tubería de gas de escape 3 aguas arriba del catalizador de hidrólisis 5. Este catalizador de hidrólisis 5 comprende una estructura provista de un revestimiento correspondiente catalíticamente activo. Sobre y/o en el catalizador de hidrólisis 5 se produce una termólisis y/o una hidrólisis de la urea para convertirla en amoniaco y dióxido de carbono. El amoniaco así producido es transportado con el gas de escape hasta el catalizador de reducción 6 y reacciona allí con óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape.
Asimismo, está formado un equipo de control 10.
Este equipo de control 10 establece la cantidad de agente reductor
que se ha de habilitar y activa de manera correspondiente el lugar 9
de aportación de urea. El catalizador de reducción 6 comprende un
cuerpo de nido de abeja constituido por capas metálicas que forma
cavidades que pueden ser atravesadas por gas de escape y que están
definidas por las capas. El cuerpo de nido de abeja está provisto
de un revestimiento cerámico, un revestimiento aplicado por lavado,
que tiene sustancias correspondientes catalíticamente activas que
se presentan en forma finamente distribuida en el revestimiento
aplicado por lavado. En el revestimiento aplicado por lavado se
pueden sorber física y/o químicamente moléculas de amoniaco, de
modo que el catalizador de reducción 6 presenta a una temperatura
dada un poder de acumulación para amoniaco.
La figura 2 muestra una masa M del amoniaco
almacenado en el catalizador de reducción 6 en la curva de evolución
temporal 11. Tanto el tiempo t como la masa M están indicados en
unidades arbitrarias. A una primera temperatura T1, el catalizador
de reducción 6 presenta un primer poder de acumulación 12, mientras
que el poder de acumulación 13 a una segunda temperatura T2 más
alta es inferior al primer poder de acumulación 12. Si se incrementa
la temperatura del catalizador de reducción 6 desde la primera
temperatura T1 hasta la segunda temperatura T2, se efectúa entonces
una desorción del amoniaco almacenado, el cual es entregado sin
consumir al medio ambiente. Según la invención, esto se
contrarresta provocando, antes de que se alcance la temperatura T2,
una desorción controlada del amoniaco desde el catalizador de
reducción 6, tal como muestra la curva de evolución temporal 11 en
la figura 2. Esto se consigue según la invención por el hecho de
que, en lugar de la cantidad de amoniaco necesaria para una
conversión estequiométrica de los óxidos de nitrógeno sin tener en
cuenta el poder de acumulación, se aporta una cantidad menor de
amoniaco. Esto conduce a la desorción de una parte del amoniaco
almacenado en el catalizador de reducción 6, de modo que, a pesar
de una cantidad habilitada reducida de amoniaco, los óxidos de
nitrógeno son convertidos de una manera sustancialmente completa,
pero al mismo tiempo se reduce la cantidad del amoniaco almacenado
en el catalizador de reducción 6. Si se incrementa después la
temperatura hasta la temperatura T2, la cantidad almacenada de
amoniaco es entonces menor o igual que el segundo poder de
acumulación 13, con lo que no se produce ninguna entrega
incontrolada de amoniaco al medio ambiente.
La figura 3 ilustra este proceso. La figura 3
muestra esquemáticamente curvas de evolución temporal de la
cantidad BM de amoniaco que se debe habilitar. Tanto la cantidad BM
que se debe habilitar como el tiempo t están indicados en unidades
arbitrarias. Para la conversión estequiométrica de los óxidos de
nitrógeno en el gas de escape sin tener en cuenta la capacidad de
acumulación del catalizador de reducción 6 es necesaria la
aportación de una primera cantidad 14 de amoniaco a lo largo del
tiempo t. La curva de evolución temporal de la primera cantidad 14
se ha dibujado con línea continua. Sin embargo, en lugar de la
primera cantidad 14, se aporta una segunda cantidad 15 (dibujada
con línea de puntos) o una tercera cantidad 16 (dibujada con línea
de trazos) de amoniaco. Las curvas de evolución temporal de las
cantidades segunda 15 y tercera 16 de amoniaco están situadas en
zonas parciales por debajo de la curva de evolución de la primera
cantidad 14. La cantidad de amoniaco que aquí falta se complementa
por medio de amoniaco desorbido desde el catalizador de reducción
6.
La cantidad de amoniaco a habilitar y su curva
de evolución temporal se determinan en el equipo de control 10.
Éste está unido a través de líneas de datos 17 con el lugar 9 de
aportación de urea, así como, en el ejemplo de realización, con el
motor de combustión interna 1 y una sonda de temperatura 18 que está
formada aguas arriba del catalizador de reducción 6 en contacto con
la tubería de gas de escape 3. Con ayuda de los datos del sistema
de control del motor, que eventualmente puede estar integrado
también en el equipo de control 10, y con ayuda de los datos de la
sonda de temperatura 18, el equipo de control 10 puede calcular la
temperatura actual del catalizador de reducción 6. Asimismo, se
puede calcular la evolución futura de la temperatura del
catalizador de reducción 6, por ejemplo también teniendo en cuenta
una regeneración futura a realizar en el filtro de partículas 4.
Así, por ejemplo, la primera temperatura T1 del ejemplo
anteriormente indicado puede representar la temperatura actual del
catalizador de reducción 6 y la temperatura T2 puede representar la
más alta temperatura de dicho catalizador de reducción 6 que cabe
esperar durante y/o después de una regeneración del filtro de
partículas 4. En este caso, puede evitarse eficazmente que se
entregue amoniaco no convertido al medio ambiente a consecuencia de
la temperatura incrementada por la regeneración del filtro de
partículas 6. Esto reduce el consumo de amoniaco de una manera
ventajosa.
Aguas abajo del catalizador de reducción 6 está
formado un catalizador de oxidación 19. No obstante, si pasa agente
reductor por el catalizador de reducción 6, este agente se oxida
sobre el catalizador de oxidación y no llega así al medio ambiente.
La capacidad del catalizador de oxidación 19 para convertir agente
reductor puede adaptarse de manera ventajosa, alternativa o
adicionalmente, a la diferencia de los poderes de acumulación a
temperatura de funcionamiento normal y a la más alta temperatura que
cabe esperar, por ejemplo en el marco de una regeneración del
filtro de partículas 4, con lo que se garantiza que, incluso sin la
reducción precedente según la invención de la cantidad del amoniaco
a habilitar, se evite una irrupción del amoniaco en el medio
ambiente.
El procedimiento según la invención permite la
adaptación de la cantidad de agente reductor que se debe habilitar
a la temperatura futura del catalizador de reducción 6 y al poder de
acumulación 12, 13 a esta temperatura. Se puede impedir así, por
ejemplo, que se desorba agente reductor desde el catalizador de
reducción 6 cuando se incremente la temperatura de dicho
catalizador de reducción 6, por ejemplo por la regeneración del
filtro de partículas 4. A este fin, en la antesala de la
regeneración del filtro de partículas 4 se habilita una menor
cantidad 15, 16 de agente reductor en lugar de una primera cantidad
14 de dicho agente reductor necesaria para la conversión
estequiométrica de los óxidos de nitrógeno del gas de escape sin
tener en cuenta el poder de acumulación 12, 13.
- 1
- Motor de combustión interna
- 2
- Sistema de gas de escape
- 3
- Tubería de gas de escape
- 4
- Filtro de partículas
- 5
- Catalizador de hidrólisis
- 6
- Catalizador de reducción
- 7
- Depósito de urea
- 8
- Tubería de alimentación
- 9
- Lugar de aportación de urea
- 10
- Equipo de control
- 11
- Curva de evolución temporal
- 12
- Primer poder de acumulación
- 13
- Segundo poder de acumulación
- 14
- Primera cantidad de amoniaco
- 15
- Segunda cantidad de amoniaco
- 16
- Tercera cantidad de amoniaco
- 17
- Línea de datos
- 18
- Sonda de temperatura
- 19
- Catalizador de oxidación
Claims (9)
1. Procedimiento para reducir la proporción de
óxidos de nitrógeno en el gas de escape de un motor de combustión
interna (1) por medio de una reducción catalítica selectiva en un
catalizador de reducción (6), para la cual se habilita al menos
discontinuamente un agente reductor, caracterizado porque,
para la determinación de la cantidad (14, 15, 16) de agente
reductor que se debe habilitar, se tienen en cuenta un poder de
acumulación (12, 13) del catalizador de reducción (6) para el
agente reductor y la dependencia de este poder de acumulación (12,
13) respecto de la temperatura del catalizador de reducción (6), y
porque se calcula la temperatura futura del catalizador de
reducción (6) teniendo en cuenta al menos una de las informaciones
siguientes:
- un comportamiento de regeneración de un
separador de partículas (4); y
- una carga de un separador de partículas
(4),
realizándose una regeneración del separador de
partículas (4) cuando la cantidad de agente reductor almacenada en
el catalizador de reducción (6) es menor o igual que el poder de
acumulación (12, 13) a la máxima temperatura en el catalizador de
reducción (6) generada por la regeneración.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que, ante un aumento esperado de la temperatura esperado de la
temperatura del catalizador de reducción (6), se calcula la cantidad
de agente reductor resultante del mismo que se libera desde el
catalizador de reducción (6), y se tiene en cuenta esta cantidad
resultante para la habilitación del agente reductor.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que se calcula la evolución temporal de la liberación de agente
reductor.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que se tiene en cuenta la evolución temporal de la liberación
para la determinación de la cantidad de agente reductor que se debe
habilitar.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que, ante un descenso esperado
de la temperatura del catalizador de reducción (6), se calcula la
cantidad de agente reductor que se ha de incorporar en el
catalizador de reducción (6), y se tiene en cuenta esta cantidad
para la habilitación de agente reductor.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que se calcula la evolución temporal de la incorporación de
agente reductor.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que se tiene en cuenta la evolución temporal de la incorporación
para determinar la cantidad de agente reductor que se debe
habilitar.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se habilita el agente
reductor de al menos una de las maneras siguientes:
- aportación y conversión al menos parcial de un
precursor de agente reductor para obtener el agente reductor;
- aportación del agente reductor;
- generación y conversión al menos parcial de un
precursor de agente reductor para obtener el agente reductor; y
- generación del agente reductor.
9. Dispositivo para reducir la proporción de
óxidos de nitrógeno en el gas de escape de un motor de combustión
interna (1), que comprende al menos un catalizador de reducción (6),
un separador de partículas (4) y un equipo de control (10), siendo
adecuado el equipo (10) para realizar el procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores y estando destinado
al mismo.
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