ES2344480T3 - Dispositivo para la reduccion de los oxidos nitricos en los gases de escape de motores de combustion interna. - Google Patents

Dispositivo para la reduccion de los oxidos nitricos en los gases de escape de motores de combustion interna. Download PDF

Info

Publication number
ES2344480T3
ES2344480T3 ES07704176T ES07704176T ES2344480T3 ES 2344480 T3 ES2344480 T3 ES 2344480T3 ES 07704176 T ES07704176 T ES 07704176T ES 07704176 T ES07704176 T ES 07704176T ES 2344480 T3 ES2344480 T3 ES 2344480T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
thermolysis
reactor
thermolysis reactor
catalyst
oxidation catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
ES07704176T
Other languages
English (en)
Inventor
Heinrich Dismon
Andreas Koster
Rolf Lappan
Martin Nowak
Werner Muller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Technische Universitat Kaiserslautern
Original Assignee
Pierburg GmbH
Technische Universitat Kaiserslautern
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 Pierburg GmbH, Technische Universitat Kaiserslautern filed Critical Pierburg GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2344480T3 publication Critical patent/ES2344480T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • F01N3/206Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • 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
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having two or more separate purifying devices arranged in series
    • 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
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
    • 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
    • F01N2240/16Combination 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 electric heater, i.e. a resistance heater
    • 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
    • F01N2240/20Combination 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 flow director or deflector
    • 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
    • F01N2240/40Combination 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 hydrolysis catalyst
    • 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
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • 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
    • F01N2610/10Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • 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
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • 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
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • 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)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna con un reactor (10) de termolisis para producir amoniaco a partir de una urea sólida, con un dispositivo (17, 40) de calefacción acoplado térmicamente con el reactor (10) de termolisis para calentar una cámara (20) de termolisis del reactor (10) de termolisis y con un catalizador (34) SCR dispuesto en el canal (26) de gases de escape detrás, en el sentido (28) de circulación, del reactor (10) de termolisis, en el que penetra el amoniaco eventualmente junto con otros productos de la reacción, actuando el catalizador (34) SCR adicionalmente como catalizador de hidrólisis, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está dispuesto directamente adyacente al canal (26) de gases de escape o al menos penetrando parcialmente en el canal (26) de gases de escape.

Description

Dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna.
El invento se refiere a un dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna. El dispositivo se presta en especial para su utilización en vehículos de motor, en especial en vehículos de motor con motores Diésel.
En el documento EP 1 338 562 se describe un procedimiento para la obtención de amoniaco. En él se descompone urea seca en un reactor con calefacción eléctrica en amoniaco y ácido isociánico. Para la hidrólisis del ácido isociánico en amoniaco se dispone detrás del reactor un catalizador de hidrólisis. El reactor de termolisis y el catalizador de hidrólisis están integrados en este caso en una sola unidad. El agua necesaria para la hidrólisis es aportada al catalizador de hidrólisis por medio de un chorro relativamente pequeño de gases de escape. El chorro parcial de gases de escape es derivado del chorro de gases de escape y tiene que ser limitado de tal modo, que, en todos los estados de funcionamiento del motor de combustión interna se disponga de una cantidad de agua suficiente para la hidrólisis. Las cantidades adicionales de gas de escape darían lugar a un enfriamiento del reactor de termolisis, respectivamente exigirían una potencia de calefacción adicional. Para que en las diferentes zonas de funcionamiento del motor de combustión interna se pueda aportar al reactor de hidrólisis una cantidad suficiente de gas de escape es ventajosa una válvula regulable en la tubería de derivación por la que circula el chorro de gas de escape. Además, es necesario adaptar el chorro de gas de escape para cada motor de combustión interna a todos los estados estacionarios y no estacionarios de marcha. Esto da lugar a un coste considerable de aplicación. Con un chorro de gas de escape demasiado pequeño se producen después de un tiempo pequeño sedimentos en la tubería, que conduce del reactor al canal de gases de escape y a través de la que se aportan a los gases de escape el amoniaco y otros productos de reacción.
Además, el dispositivo descrito en el documento EP 1 338 562 posee el inconveniente de que en el recinto del motor es preciso prever un espacio correspondiente. Además, en este dispositivo es necesario un catalizador de hidrólisis especial, que se tiene que conectar inmediatamente a continuación del reactor de termolisis. Los inconvenientes del reactor descrito en el documento E 1 338 562 dan lugar a que un reactor de esta clase sea caro.
Además, a través del documento DE 197 737 A1 se conocen un catalizador así como un tubo de gases de escape de un motor de combustión interna, poseyendo el catalizador tanto actividad de hidrólisis para la transformación de un medio de reducción en amoniaco, como también una actividad SCR para la degradación de los óxidos nítricos. A este catalizador se aporta una solución acuosa de urea sin realizar previamente una termolisis. Con este método no es posible garantizar la transformación fiable de la fracción de solución de urea necesaria en amoniaco, ya que no se utiliza un reactor de termolisis.
También se conocen dispositivos para la obtención de amoniaco a partir de urea líquida. Sin embargo, estos poseen, debido a su principio, inconvenientes, de manera, que dificultan la reducción fiable de los óxidos nítricos de los gases de escape. Entre los inconvenientes de los sistemas de urea líquida se halla por ejemplo el hecho de que la solución acuosa de urea se congela con temperaturas exteriores inferiores a aproximadamente -11ºC, de manera, que es preciso calentar el sistema antes de su puesta en marcha. Esto eleva los costes del sistema y puede mermar el funcionamiento del sistema. Esta problemática no surge en los sistemas con urea sólida. Además, un sistema con urea sólida posee frente a un sistema con urea líquida mejores propiedades de arranque en frío. Esto se debe a que la termolisis de la urea tiene lugar en un sistema con urea sólida con independencia de la temperatura de los gases de escape en un reactor de termolisis calentado por separado. Este puede alcanzar antes la temperatura mínima necesaria para la termolisis completa de la urea.
Además, los sistemas con urea líquida no pueden satisfacer los requerimientos desde el punto de vista del peso y del espacio necesario. La urea sólida requiere para producir una masa de amoniaco comparable, por ejemplo con forma de bolitas, sólo aproximadamente un tercio del volumen de almacenamiento y también aproximadamente un tercio de la masa almacenada en comparación con una solución acuosa de urea. Esto posee una importancia grande para el espacio necesario en un vehículo y para el sobrepeso, respectivamente para la distancia, que se puede recorrer con una carga de urea.
Otros inconvenientes resultan del comportamiento corrosivo de una solución acuosa de urea frente a algunos materiales así como de la inestabilidad de la solución acuosa de urea, que después de algunos mesas puede tender a la formación de cristales, de modo, que se reduce el funcionamiento del sistema. Por las razones expuestas se prefiere en principio la utilización de sistemas con urea sólida en lugar de los sistemas con urea líquida.
El objeto del invento es crear una construcción más sencilla y más barata de un dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna, en especial en los motores de combustión interna de vehículos de motor.
La solución de este problema tiene lugar según el invento con un dispositivo según la reivindicación 1.
El dispositivo según el invento para la reducción de los óxidos nítricos posee un reactor de termolisis para la producción de amoniaco a partir de urea sólida en el que, a partir de una sustancia sólida generadora de amoniaco, se obtiene amoniaco por medio de la aportación de calor. En el caso de la sustancia se trata de urea en forma sólida. Sin embargo, también se pueden utilizar otros productos apropiados. La urea sólida se presenta en este caso en especial como pellets o bolitas y se aporta al reactor de termolisis de manera dosificada, respectivamente individualizada. En el documento DE 102 51 498 se describe un dispositivo de dosificación correspondiente. Según el invento de prevé la utilización de urea sólida o de otras sustancias sólidas apropiadas, ya que el almacenamiento en un depósito correspondiente es más sencillo y seguro. Para el calentamiento de una cámara de termolisis prevista en el reactor de termolisis se conecta un dispositivo de calefacción con el reactor de termolisis.
Un aspecto esencial de invento es que el reactor de termolisis está dispuesto en/o junto al canal de gases de escape. Con ello, el reactor de termolisis está dispuesto en una forma de ejecución inmediatamente adyacente al canal de gases de escape. Esto tiene la ventaja de que la temperatura de los gases de escape es aprovechada para el calentamiento del reactor de termolisis. En otra forma de ejecución, el reactor de termolisis también puede penetrar parcialmente en el canal de gases de escape. En una forma de ejecución especialmente preferida se dispone el reactor de termolisis en su totalidad en el interior del canal de gases de escape. Esto tiene la ventaja de que se puede reducir la potencia del dispositivo de calefacción, ya que en el caso del dispositivo de calefacción sólo se trata de un dispositivo de calefacción auxiliar para llevar el reactor de termolisis hasta la temperatura de reacción, con preferencia en todos los estados de funcionamiento del motor de combustión interna.
En la obtención de amoniaco a partir de urea se produce ácido isociánico como producto secundario. Este se puede transformar en amoniaco por medio de una hidrolisis. Por ello, según el invento el reactor de termolisis está dispuesto en el canal de gases de escape en el sentido de circulación delante del catalizador previsto para la reducción del nitrógeno. En el caso del catalizador se trata en especial de un catalizador SCR. El amoniaco procedente del reactor de termolisis así como los restantes productos de reacción, que se forman eventualmente, en especial el ácido isociánico, penetran por lo tanto junto con los gases de escape en el catalizador SCR. Dado que por medio de los gases de escape se aporta siempre al catalizador CSR una cantidad suficiente de agua tiene lugar en el catalizador SCR la hidrólisis del ácido isociánico en amoniaco. Por lo tanto, según el invento se utiliza el catalizador SCR adicionalmente como reactor de hidrólisis. No es necesario un catalizador de hidrólisis dispuesto detrás del reactor de termolisis. Los productos de la termolisis pueden ser agregados directamente a los gases de escape.
Debido a que detrás del reactor de termolisis no hay dispuesto ningún catalizador de hidrólisis es posible disponer de manera sencilla el reactor de termolisis en la inmediata proximidad del canal de gases de escape e incluso en el interior del canal de gases de escape. Los reactores de termolisis conocidos en los que está integrado un catalizador de hidrólisis no se prestan para una disposición de esta clase.
De una manera especialmente preferida se introduce el reactor de termolisis a través de un taladro en el tubo de gases de escape y penetra al menos parcialmente en él. Esta disposición favorece la mezcla lo más efectiva posible de los productos de termolisis con el chorro de gases de escape. Los propios gases de escape del motor poseen en un margen amplio de funcionamiento temperaturas, que se hallan manifiestamente por debajo del nivel de temperaturas en el interior del reactor de termolisis. Por lo tanto, en el chorro turbulento de los gases de escape tiene lugar desde el reactor de termolisis hacia los gases de escape un transporte intenso de calor, que no se produce, con la disposición externa del reactor de termolisis, por ejemplo en el recinto del motor. Por lo tanto, se produce forzosamente un enfriamiento de determinadas zonas del reactor de termolisis debido a la circulación de los gases de escape, de manera, que no siempre se cumplen los requerimientos térmicos desde el punto de vista de una termolisis segura. En este sentido es especialmente problemática la reacción ulterior del ácido isociánico, que se produce durante la termolisis y que tiene lugar en especial, cuando partes de la zona interior del reactor de termolisis se enfrían hasta una temperatura por debajo de 350-400ºC. Para evitar este enfriamiento es por ello necesario un diseño especialmente adaptado de la calefacción eléctrica y de la distribución de la energía de calefacción en las diferentes zonas del reactor de termolisis. Así por ejemplo, el dispositivo de calefacción en el reactor de termolisis puede suministrar una mayor potencia de calefacción en los puntos, que se enfrían más a causa de los gases de escape.
Otra ventaja del dispositivo según el invento reside en el hecho de que el reactor de termolisis puede ser dispuesto directamente junto y/o en el canal de gases de escape. Con ello no es necesario un espacio correspondiente en el recinto del motor. El reactor de termolisis también puede ser previsto eventualmente en una tubería de bypass del canal de gases de escape.
Según el invento no es necesaria la extracción de un chorro exacto de gases de escape del canal de gases de escape para llevarlo a un reactor de hidrólisis, como se describe en el documento EP 1 338 562. Igualmente tampoco es necesaria la correspondiente válvula regulable para la regulación del chorro parcial de gases de escape en función de los correspondientes estados de funcionamiento.
El dispositivo según el invento posee por ello una construcción sencilla y se puede aplicar sin problemas a los motores de combustión interna. Por lo tanto, se trata de un dispositivo barato para la preparación térmica de sustancias generadores de amoniaco, en especial urea.
En el caso del dispositivo de calefacción se trata en especial de un dispositivo eléctrico de calefacción. Esto tiene la ventaja de que el dispositivo de calefacción puede ser regulado de una manera sencilla. Con ello es posible ajustar exactamente la temperatura necesaria en la cámara de termolisis y con ello garantizar la temperatura necesaria para la termolisis en los diferentes estados de funcionamiento.
En una forma de ejecución preferida se dispone el reactor de termolisis detrás de un catalizador de oxidación visto en el sentido de circulación de los gases de escape. Con ello, el reactor de termolisis está dispuesto entre el catalizador de oxidación y el catalizador SCR. En el catalizador de oxidación tiene lugar esencialmente una oxidación exotérmica de los hidrocarburos no quemados y del monóxido de carbono. La disposición del reactor de termolisis detrás del catalizador de oxidación en el sentido de circulación tiene con ello la ventaja de que el calor generado en el catalizador de oxidación puede ser aprovechado para el calentamiento del reactor de termolisis. Por ello, se dispone el reactor de termolisis en la inmediata proximidad del catalizador de oxidación. En este caso se prefiere de una manera especial, que el reactor de termolisis esté acoplado térmicamente con el catalizador de oxidación. En especial, el reactor de termolisis asienta en el catalizador de oxidación. Una superficie de calefacción del reactor de termolisis asienta con preferencia en el catalizador de oxidación.
En otra forma de ejecución preferida del invento se dispone el reactor de termolisis al menos en parte en el interior del catalizador de oxidación. El catalizador de oxidación se construye en este caso, al menos en la zona del reactor de termolisis, con forma de anillo y rodea con ello el reactor de termolisis con preferencia a lo largo de su contorno. La superficie de calefacción del reactor de termolisis se dispone en este caso esencialmente perpendicular al sentido de circulación de los gases de escape para garantizar el calentamiento correcto del reactor de termolisis.
En la forma de ejecución del invento en la que el calentamiento del reactor de termolisis tiene lugar por medio del calor generado en catalizador de oxidación se puede prescindir eventualmente de un dispositivo de calefacción auxiliar. En especial es posible, que el dispositivo de calefacción, que es nuevamente con preferencia un dispositivo eléctrico de calefacción, se diseñe con una tamaño menor. Con ello se pueden reducir adicionalmente los
costes.
Además del dispositivo eléctrico de calefacción, es posible aportar al catalizador de oxidación carburante a través de un dispositivo de aportación de carburante. Esto tiene lugar en el catalizador de oxidación e incrementa con ello la temperatura aprovechable para el calentamiento del reactor de termolisis. La aportación de carburante tiene lugar en especial por medio de una tobera de inyección dispuesta con preferencia delante del catalizador de oxidación, visto en el sentido de circulación. Por medio de una tobera de inyección se puede aportar de manera definida el carburante al catalizador de oxidación. El dispositivo de aportación de carburante posee por ello con preferencia una válvula regulable, de manera, que la cantidad de carburante es regulable. La aportación de carburante puede ser regulada con ello en función de la temperatura reinante en la cámara de termolisis.
Con preferencia, la aportación de carburante sólo tiene lugar en una zona parcial del catalizador de oxidación. En este caso se trata con preferencia de la zona parcial del catalizador de oxidación inmediatamente adyacente al reactor de termolisis. Esto tiene la ventaja de que el carburante aportado es aprovechado esencialmente de manera completa para el calentamiento del reactor de termolisis.
Con especial preferencia se prevé, que el catalizador de oxidación posea en esta zona parcial un recubrimiento adicional para facilitar la combustión, en especial catalítica.
Dado que la hidrólisis del ácido isociánico tiene lugar según el invento en el catalizador SCR, es ventajosa una distribución, con preferencia en lo posible uniforme, de los productos de reacción procedentes del reactor de termolisis. Para ello se puede prever un mezclador entre el reactor de termolisis y el catalizador SCR. Con ello queda garantizado, que todos los productos de reacción generados en el reactor de termolisis se reparten esencialmente de manera uniforme sobre la superficie de entrada del catalizador SCR. Con ello queda garantizado, que la mayor parte posible de los óxidos nítricos contenidos en los gases de escape sean reducidos en el catalizador SCR.
En lo que sigue se describirá en invento con detalle por medio de formas de ejecución preferidas y haciendo referencia al dibujo adjunto. En él muestran:
La figura 1, una representación esquemática de un reactor de termolisis.
La figura 2, una representación esquemática de una primera forma de ejecución de un dispositivo según el invento.
La figura 3, una representación esquemática de una segunda forma de ejecución de un dispositivo según el invento.
La figura 4, una representación esquemática de una tercera forma de ejecución del dispositivo según el invento.
Un reactor 10 de termolisis posee en una forma de ejecución preferida una carcasa 12, que posee esencialmente la forma de vaso, estando por lo tanto abierta en un lado 14. En el interior de la carcasa está dispuesto un elemento 16, que puede ser calentado. En este caso se trata por ejemplo de un cuerpo, que posee varios canales 18 de material resistente a calor. El elemento 16, que puede ser calentado puede poseer, en especial, metal o cerámica y estar recubierto eventualmente con él. Los elementos 16 calentables pueden ser calentados por medio de un dispositivo 17 eléctrico de calefacción.
En el interior de la carcasa 12 y en especial también en el interior del elemento 16 calentable se dispone una cámara 20 de termolisis. A través de una tubería 22 de entrada se pueden aportar a la cámara de termolisis substancias para producir amoniaco. Como sustancia se aporta con preferencia urea. La urea se halla en estado sólido con forma de pellets o bolitas 24. Las bolitas 24 son calentadas en la cámara de termolisis. Con ello se obtienen como producto de reacción amoniaco y ácido isociánico. Estos productos de reacción escapan por los canales 18 en el sentido de las flechas 25 en el lado 14 del reactor de termolisis.
De acuerdo con una primera forma de ejecución preferida del invento (figura 2), se dispone el reactor 10 de termolisis, que es en especial un reactor de termolisis construido según la figura 1, en un canal 26 de gases de escape. El reactor 10 de termolisis penetra en el ejemplo de ejecución representado en la figura 2 parcialmente en el canal 16 de gases de escape, estando orientado el lado 14 delantero abierto del reactor 10 de termolisis hacia el canal 26.
En el sentido 28 de circulación se dispone delante del reactor 10 de termolisis un catalizador 30 de oxidación. Los gases de escape circulan con ello a través del catalizador 30 de oxidación en el que tiene lugar una oxidación. El catalizador de oxidación sirve para la oxidación de hidrocarburos y de CO así como para la formación de NO2 para incrementar la actividad con temperaturas bajas del catalizador SCR. El dispositivo de calefacción, en especial eléctrico, conectado con los elementos 16 calentables (figura 1), puede ser diseñado con una potencia más pequeña. Con ello se pueden reducir los costes. Los gases de escape circulan a lo largo del reactor 10 de termolisis y lo calientan.
Para mantener lo más constante posible la temperatura en la cámara 20 de termolisis se prevé un dispositivo 17 eléctrico de calefacción regulable. Esto es ventajoso, en especial, a causa de las diferentes temperaturas de los gases de escape, que dependen de los diferentes estados de funcionamiento.
Detrás, en el sentido 28 de circulación, del reactor 10 de termolisis se prevé en el canal 26 de gases de escape un mezclador 32. El mezclador da lugar a una mezcla del chorro de gases de escape, de manera, que el amoniaco generado por el reactor de termolisis así como el ácido ciánico generado se reparten uniformemente en el chorro de gases de escape. Esto tiene la ventaja de que una mezcla esencialmente homogénea circula hacia un catalizador SCR dispuestos en el sentido 28 de circulación detrás del mezclador 32. Con ello se puede garantizar una buena reducción de los óxidos nítricos contenidos en los gases de escape.
En una segunda forma de ejecución preferida (figura 3) se caracterizan los elementos iguales y análogos con los mismos símbolos de referencia. La forma de ejecución representada en la figura 3 se diferencia de la forma de ejecución representada en la figura 2 únicamente por el hecho de que el reactor 10 de termolisis está dispuesto en su totalidad en el interior del canal 26 de gases de escape. En este caso se puede disponer, como se representa, el reactor 10 de termolisis en el centro del canal 26 de gases de escape, pero también se puede disponer en el borde del canal 26 de gases de escape. El reactor 10 de termolisis se sujeta en este caso por ejemplo con pestañas en el canal 26 de gases de escape o se une directamente con una pared interior del canal 26 de gases de escape.
En una tercera forma de ejecución preferida (figura 4) se caracterizan las piezas iguales o análogas con los mismo símbolos de referencia. La peculiaridad de esta forma de ejecución es que el reactor 10 de termolisis asienta en un lado 36 exterior del catalizador 30 de oxidación. Con ello, la superficie 38 de calefacción, que puede ser un componente de la carcasa 12 (figura 1), asienta en el lado 36 exterior. Con ello se garantiza una buena transmisión del calor generado en el catalizador 30 de oxidación al reactor 10 de termolisis.
Al catalizador 30 de oxidación se antepone en el sentido 28 de circulación con preferencia un dispositivo 40 de aportación de carburante. El dispositivo 40 de aportación de carburante posee una tobera 42 de inyección. Con la tobera 42 de inyección se puede inyectar carburante en el catalizador 30 de oxidación. Esto da lugar a una combustión catalítica del carburante en el catalizador 30 de oxidación.
El dispositivo de aportación de carburante posee, además, para la regulación de la cantidad de carburante aportada al catalizador 30 de oxidación una válvula 44, en especial regulable. La tubería 46 de carburante del dispositivo 40 de aportación de carburante puede estar unida directamente con el depósito de carburante.
Con preferencia, la inyección del carburante sólo tiene lugar en una zona48 parcial del catalizador 30 de oxidación. En el caso de la zona 48 parcial se trata de una zona del catalizador 30 de oxidación dispuesta en el sentido 28 de circulación inmediatamente delante del reactor 10 de termolisis. Con ello se genera el calor en una zona en especial cilíndrica del catalizador 30 de oxidación, que se extiende en el sentido 28 de circulación y que es adyacente a la superficie 38 de calefacción. Con ello se evita la generación adicional de calor en las zonas del catalizador 30 de oxidación, que no pueden ser utilizadas para el calentamiento del reactor 10 de termolisis.
La inyección del carburante en el catalizador de oxidación tiene lugar convenientemente a partir de una temperatura del catalizador superior a 180ºC, ya que en la inyección de carburantes convencionales sólo se desarrolla una actividad a partir de esta temperatura.

Claims (12)

1. Dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna con un reactor (10) de termolisis para producir amoniaco a partir de una urea sólida, con un dispositivo (17, 40) de calefacción acoplado térmicamente con el reactor (10) de termolisis para calentar una cámara (20) de termolisis del reactor (10) de termolisis y con un catalizador (34) SCR dispuesto en el canal (26) de gases de escape detrás, en el sentido (28) de circulación, del reactor (10) de termolisis, en el que penetra el amoniaco eventualmente junto con otros productos de la reacción, actuando el catalizador (34) SCR adicionalmente como catalizador de hidrólisis, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está dispuesto directamente adyacente al canal (26) de gases de escape o al menos penetrando parcialmente en el canal (26) de gases de escape.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (17) de calefacción se construye como dispositivo eléctrico de calefacción.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque delante del reactor (10) de termolisis se dispone en el sentido (28) de circulación un catalizador (30) de oxidación.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis se dispone en la inmediata proximidad del catalizador (30) de oxidación, de manera, que el calentamiento del reactor de termolisis se produce con el calor de reacción generado en el catalizador (30) de oxidación.
5. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está acoplado térmicamente con el catalizador (30) de oxidación.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está dispuesto al menos en parte en el interior del catalizador (30) de oxidación.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis posee una superficie (38) de calefacción dispuesta esencialmente perpendicular al sentido (28) de circulación del chorro de gases de escape.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque el dispositivo (40) de calefacción posee un dispositivo (40) de aportación de carburante para la aportación de carburante al catalizador de oxidación.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo (40) de aportación de carburante posee una tobera (42) de inyección dispuesta en especial delante, en el sentido (28) de circulación, del catalizador (30) de oxidación.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la aportación de carburante esencialmente sólo tiene lugar en una zona (48) parcial del catalizador (30) de oxidación, siendo esta zona (48) parcial con preferencia inmediatamente adyacente al reactor (10) de termolisis.
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el catalizador (30) de oxidación posee en la zona (48) parcial un recubrimiento adicional.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque entre el reactor (10) de termolisis y el catalizador (34) se prevé un dispositivo (32) de mezcla.
ES07704176T 2006-01-27 2007-01-26 Dispositivo para la reduccion de los oxidos nitricos en los gases de escape de motores de combustion interna. Active ES2344480T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006004170A DE102006004170A1 (de) 2006-01-27 2006-01-27 Vorrichtung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas von Brennkraftmaschinen
DE102006004170 2006-01-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2344480T3 true ES2344480T3 (es) 2010-08-27

Family

ID=37963482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES07704176T Active ES2344480T3 (es) 2006-01-27 2007-01-26 Dispositivo para la reduccion de los oxidos nitricos en los gases de escape de motores de combustion interna.

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090257924A1 (es)
EP (1) EP1977090B1 (es)
JP (1) JP2009524765A (es)
CN (1) CN101395350A (es)
AT (1) ATE453788T1 (es)
DE (2) DE102006004170A1 (es)
ES (1) ES2344480T3 (es)
WO (1) WO2007085646A1 (es)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022678A1 (de) * 2007-05-11 2008-11-13 Hydraulik-Ring Gmbh Abgasnachbehandlungseinheit auf Ammoniakbasis und Verfahren zur Reinigung stickoxidhaltiger Abgase von Verbrennungskraftmaschinen
DE102008009564B4 (de) * 2008-02-16 2011-04-21 Pierburg Gmbh Abgasnachbehandlungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102008026178A1 (de) * 2008-05-30 2009-12-03 Deutz Ag SCR-Katalysator mit hohem Wirkungsgrad
JP5251266B2 (ja) * 2008-06-03 2013-07-31 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システム
FR2940921B1 (fr) * 2009-01-12 2011-10-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de traitement des gaz d'echappement d'un moteur
DE102009012094A1 (de) * 2009-03-06 2010-09-09 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgas mit einem Heizapparat
CN102032030B (zh) * 2009-09-25 2015-04-22 中国第一汽车集团公司 一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元
JP2011117386A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Volvo Powertrain Ab エンジンの排気浄化装置
US9103253B2 (en) * 2009-12-16 2015-08-11 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Thermal enhancer and hydrocarbon doser
FR2955610B1 (fr) * 2010-01-22 2012-01-13 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'injection de gaz et ligne d'echappement comprenant un tel dispositif
CA2806591A1 (en) 2010-08-19 2012-02-23 Dow Global Technologies Llc Method and devices for heating urea-containing materials in vehicle emission control system
DE102011087288A1 (de) * 2011-11-29 2013-05-29 Robert Bosch Gmbh Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
US9381466B2 (en) 2012-04-03 2016-07-05 Korea Institute Of Machinery & Materials Exhaust gas purification system
CN102635427A (zh) * 2012-04-24 2012-08-15 吉林大学 一种分段式固体尿素分解制氨装置
CN102650226B (zh) * 2012-05-07 2014-04-30 吉林大学 一种用于熔融固体尿素并定量喷射的装置
CN102900500B (zh) * 2012-09-27 2014-09-10 三一重工股份有限公司 一种发动机后处理系统及发动机、车辆
WO2014148506A1 (ja) 2013-03-22 2014-09-25 日本碍子株式会社 還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法
CN104047689A (zh) * 2014-07-15 2014-09-17 中国重汽集团济南动力有限公司 一种带尿素水解功能的后处理系统
CN106401716A (zh) * 2016-11-09 2017-02-15 郑丹 一种天然气内燃发电机尾气脱硝装置
DE102018210622A1 (de) * 2018-06-28 2020-01-02 Dr Pley Engineering & Consulting (Bucharest) Srl Reaktor zur thermohydrolyse von harnstoff
DE102019210415B4 (de) * 2019-07-15 2021-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Abgasnachbehandlung
CN117582815A (zh) * 2023-10-10 2024-02-23 华能济宁运河发电有限公司 一种减少scr脱硝系统喷氨方法及装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05272331A (ja) * 1992-03-25 1993-10-19 Hino Motors Ltd 排ガス浄化装置およびその排ガス浄化装置に使用される還元剤供給方法および装置
JPH0849533A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Nissan Diesel Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
US5968464A (en) * 1997-05-12 1999-10-19 Clean Diesel Technologies, Inc. Urea pyrolysis chamber and process for reducing lean-burn engine NOx emissions by selective catalytic reduction
DE19738737A1 (de) * 1997-09-04 1999-03-11 Siemens Ag Katalysator und Abgasleitung zur Reinigung eines Abgases aus einem mit Luftüberschuß betriebenen Verbrennungsmotor
JP2001523165A (ja) * 1997-12-12 2001-11-20 エフエーファウ・モトーレンテヒニク・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンディトゲゼルシャフト 酸素を含む排ガス特に内燃機関の排ガス内の窒素酸化物を還元する方法
JP2000220437A (ja) * 1999-02-02 2000-08-08 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
DE19922959A1 (de) * 1999-05-19 2000-11-23 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidreduktion unter Reduktionsmittelzugabe
JP4447142B2 (ja) * 2000-10-06 2010-04-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2003193824A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
DE10206028A1 (de) * 2002-02-14 2003-08-28 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Ammoniak
GB0220645D0 (en) * 2002-09-05 2002-10-16 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a lean burn ic engine
DE10247989A1 (de) * 2002-10-15 2004-04-29 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Reinigung deren Abgase
DE10251498A1 (de) * 2002-11-04 2004-05-19 Universität Kaiserslautern Vorrichtung und Verfahren zur Dosierung und Förderung von trockenem Harnstoff, insbesondere bei der Durchführung des SCR-Verfahrens in Kraftfahrzeugen
US6895747B2 (en) * 2002-11-21 2005-05-24 Ford Global Technologies, Llc Diesel aftertreatment systems
EP1477655A1 (en) * 2003-05-13 2004-11-17 Haldor Topsoe A/S Process for controlled addition of a reducing agent into nitrogen oxides containing exhaust gas
DE10342003A1 (de) * 2003-09-05 2005-03-31 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Aufbereitung einer Reduktionsmittel-Vorprodukt-Lösung zur Abgasnachbehandlung
DE102004029387B4 (de) * 2004-06-17 2006-12-28 Roland Bertiller Zuführvorrichtung zum Zuführen von festen Harnstoffprills oder -pellets an einen Ammoniakgenerator
DE102004042225B4 (de) * 2004-09-01 2017-08-31 MAN Truck & Bus Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak aus festen Harnstoff-Pellets
DE502005001528D1 (de) * 2005-04-18 2007-10-31 Dbk David & Baader Gmbh Heizvorrichtung und thermischer Reaktor zur Erwärmung und Vergasung von Harnstoff
DE102005039630B4 (de) * 2005-08-20 2007-08-02 Technische Universität Kaiserslautern Vorrichtung, Reaktor und Verfahren zur Reduzierung von Stickoxyden im Abgasstrom von Verbrennungskraftmaschinen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007085646A1 (de) 2007-08-02
EP1977090B1 (de) 2009-12-30
DE102006004170A1 (de) 2007-08-02
US20090257924A1 (en) 2009-10-15
CN101395350A (zh) 2009-03-25
ATE453788T1 (de) 2010-01-15
DE502007002484D1 (de) 2010-02-11
JP2009524765A (ja) 2009-07-02
EP1977090A1 (de) 2008-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2344480T3 (es) Dispositivo para la reduccion de los oxidos nitricos en los gases de escape de motores de combustion interna.
JP6395824B2 (ja) 選択的触媒還元装置の還元剤熱分解システム
ES2381133T3 (es) Procedimiento y dispositivo para proporcionar una corriente de gas que comprende un agente reductor
ES2357903T3 (es) Dispositivo, reactor y procedimiento para la reducción de óxidos de nitrógeno en la corriente de gas de escape de motores de combustión interna.
US9856774B2 (en) Engine exhaust system
US20080256937A1 (en) Fluid heating device and exhaust gas purifying apparatus
US9765679B2 (en) Exhaust gas treatment device
ES2426980T3 (es) Dispositivo para la evaporación de un agente reactivo
CN107667210B (zh) 燃烧器系统
US20140377712A1 (en) Heating System
CN110822420B (zh) 燃烧室结构组合件
KR101867367B1 (ko) 요소수 미립화 촉진을 위한 선박용 scr 시스템
KR20170052861A (ko) 환원제 분사 모듈의 냉각수 순환 시스템 및 이를 갖는 선택적 환원 촉매 시스템
BRPI0900652B1 (pt) Motor de combustão interna com um sistema de gás de escape
ES2993607T3 (en) Mixing device
US11708779B2 (en) Systems and methods for dry chemical reductant insertion in aftertreatment systems
KR102700579B1 (ko) 초소수성 표면 처리 및 열선을 이용한 scr 믹서
US20220082040A1 (en) Lance injector assembly with heating element
KR102402308B1 (ko) 환원제 공급장치
US20100186389A1 (en) Reductant Insulating System
US10400646B2 (en) Diesel exhaust fluid system
US9644512B2 (en) Dosing module with integrated heat pipe
KR102516798B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템
BR122023001747B1 (pt) Sistema que compreende um motor e um sistema de pós-tratamento para tratar gás de escape produzido pelo motor e método e controlador para controlar operações de um sistema que compreende um motor e um sistema de pós-tratamento
KR102247340B1 (ko) 배관일체형 환원제 공급장치