DE10018792C1 - Motor exhaust gas processing system to reduce hazardous emissions, separates hydrocarbon components with low boiling point into vapor fractions to be reformed and reduced and high boiling point components are returned to the fuel tank - Google Patents
Motor exhaust gas processing system to reduce hazardous emissions, separates hydrocarbon components with low boiling point into vapor fractions to be reformed and reduced and high boiling point components are returned to the fuel tankInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Schadstoffreduktion von Abgasen von Verbrennungs motoren.The present invention relates to a method and a pre Direction for pollutant reduction in exhaust gases from combustion Engines.
Die Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen ist ein Beitrag zur Verringerung der Umweltbelastung durch Kraftfahrzeuge. Außerdem sehen die gesetzlichen Vorschriften in den kommenden Jahren ein Absenken der zulässigen Abgasgrenzwerte vor.The reduction of pollutants in exhaust gases is a contribution to Reduction of environmental pollution from motor vehicles. Moreover see the legal regulations in the coming years Lower the permissible exhaust gas limit values.
Aus der US-PS 4 125 090 ist ein Verfahren und ein System be kannt, um einen Verbrennungsmotor nur mit wasserstoffhaltigem Gas als Brennstoff zu betreiben. Dazu wird Kraftstoff, bei spielsweise Benzin, in einem Reformer durch partielle Oxidation in reformierten Kraftstoff, nämlich das wasserstoffhaltige Gas umgewandelt. Um die Leistungsdaten des Systems den unterschied lichen Betriebsanforderungen anzupassen, werden sowohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Reformers als auch das Verhält nis von reformierten Kraftstoff und Luft für den Verbrennungs motor gesteuert.A method and a system are known from US Pat. No. 4,125,090 knows about an internal combustion engine only with hydrogen To operate gas as fuel. This is fuel at for example gasoline, in a reformer through partial oxidation in reformed fuel, namely the hydrogen-containing gas converted. To make the system's performance data the difference adapting operational requirements, both Air-fuel ratio of the reformer as well as the ratio reformed fuel and air for combustion motor controlled.
Aus der US-PS 5 412 946 ist eine Vorrichtung zum Verringern von Stickoxiden für Verbrennungsmotoren bekannt. Die Vorrichtung umfaßt einen Verbrennungsmotor, einen Wasserstofferzeuger ein schließlich eines Reformierungskatalysator, einen weiteren Ka talysator zur NOx-Reduktion, der in der Auspuffleitung des Ver brennungsmotors angeordnet ist, Mittel zum Zuführen des erzeug ten Wasserstoffs zum Reduktionskatalysator und einen Mischer an der Eingangsseite des Reduktionskatalysator, um die Abgase mit dem erzeugten Wasserstoff zu mischen. Als Katalysatoren für die Reformierung des Wasserstoffes werden Palladium (Pd) und Platin (PT)-Katalysatoren mit Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und Nickel (Ni), Cu-Ni-Cr/Aluminiumkatalysatoren, Cu-Mn-/Cu-Zn-Katalysatoren und Katalysatoren, die Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Rhodium (Rh) als Katalysatormaterial enthalten, vorgeschlagen. Für die Reduktion des NOx wird ein Platinkatalysator, der auf einen Zeolith-, Silizium- oder Aluminiumträger aufgebracht ist, ver wendet. Als Brennstoffe für die Wasserstofferzeugung sind Methanol und Kohlenwasserstoffe wie LPG (Liquefied Petroleum Gas) und Erdgas offenbart.A device for reducing nitrogen oxides for internal combustion engines is known from US Pat. No. 5,412,946. The device comprises an internal combustion engine, a hydrogen generator including a reforming catalyst, a further catalyst for NO x reduction, which is arranged in the exhaust line of the internal combustion engine, means for supplying the generated hydrogen to the reduction catalyst and a mixer on the input side of the reduction catalyst to mix the exhaust gases with the generated hydrogen. Palladium (Pd) and platinum (PT) catalysts with copper (Cu), chromium (Cr) and nickel (Ni), Cu-Ni-Cr / aluminum catalysts, Cu-Mn- / Cu- are used as catalysts for reforming the hydrogen. Zn catalysts and catalysts containing nickel (Ni), cobalt (Co) and rhodium (Rh) as the catalyst material are proposed. A platinum catalyst, which is applied to a zeolite, silicon or aluminum support, is used to reduce the NO x . Methanol and hydrocarbons such as LPG (liquefied petroleum gas) and natural gas are disclosed as fuels for hydrogen production.
Aus der US-PS 4 233 188 ist ein Katalysator zum Behandeln von NOx, CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen von Abgas aus Verbrennungsmotoren bekannt. Der Katalysator umfaßt ein Sub strat, einen Drei-Wege-Katalysator, der aus Iridium gebildet ist, ein Sauerstoffspeichermaterial, das aus der Gruppe, die Nickel und Wolfram enthält, ausgewählt ist, und einen Oxidati onskatalysator aus Palladium.From US Pat. No. 4,233,188 a catalyst for treating NO x , CO and unburned hydrocarbons from exhaust gas from internal combustion engines is known. The catalyst includes a substrate, a three-way catalyst made of iridium, an oxygen storage material selected from the group consisting of nickel and tungsten, and an oxidation catalyst made of palladium.
Aus der US-PS 4 059 076 ist ein Brennstoffsystem für einen Ver brennungsmotor bekannt. In einem Reformer werden Kohlenwasser stoffe im wesentlichen zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umge wandelt. Dieses reformierte Gas dient als Brennstoff für den Verbrennungsmotor. Daneben ist ein Hilfsverbrennungsmotor vor gesehen, der mit den Kohlenwasserstoffen als Brennstoff in ei nem mageren Luft-Brennstoffgemisch betrieben wird. Der Hilfsverbrennungsmotor dient im wesentlichen dazu, die Reakti onswärme für den Reformer zu erzeugen. Außerdem werden die Ab gase des Hilfsverbrennungsmotor in einer Mischkammer vor dem Reformer mit den Kohlenwasserstoffen gemischt. Der für die Re formierung der Kohlenwasserstoffe benötigte Sauerstoff wird auf diese Art und Weise als eine Komponente des Abgases zur Verfü gung gestellt.From US-PS 4 059 076 a fuel system for a Ver internal combustion engine known. In a reformer, hydro substances essentially converted to hydrogen and carbon monoxide changes. This reformed gas serves as fuel for the Internal combustion engine. Next to it is an auxiliary combustion engine seen that with the hydrocarbons as fuel in egg a lean air-fuel mixture is operated. The Auxiliary combustion engine essentially serves to react generate heat for the reformer. In addition, the Ab gases of the auxiliary combustion engine in a mixing chamber in front of the Reformer mixed with the hydrocarbons. The one for the Re Formation of the hydrocarbons required oxygen is on this way as a component of the exhaust gas posed.
Aus der DE 195 47 921 C2 ist ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden in Abgasen von Kraftfahrzeugen durch Reduktion an einem Katalysator bekannt. Der für die Reduktion benötigte Was serstoff wird durch Elektrolyse unter Verwendung eines flüssi gen fixierten Elektrolyten erzeugt.DE 195 47 921 C2 describes a method for reducing Nitrogen oxides in exhaust gases from motor vehicles by reduction known a catalyst. The what needed for the reduction Hydrogen is obtained by electrolysis using a liquid generated fixed electrolytes.
Aus der DE 195 48 189 C2 ist ein weiteres Verfahren zur Redu zierung von Stickoxiden in Abgasen von Kraftfahrzeugen durch Reduktion an einem Katalysator bekannt. Der für die Reduktion benötigte Wasserstoff wird durch Wasserdampfreformierung und/oder partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erzeugt, wobei der Katalysator unabhängig von den Motorabgasen regelbar beheizt wird.DE 195 48 189 C2 describes another method for reducing adornment of nitrogen oxides in exhaust gases from motor vehicles Reduction on a catalyst known. The one for reduction required hydrogen is obtained by steam reforming and / or partial oxidation of hydrocarbons, the catalyst being controllable independently of the engine exhaust is heated.
Zur Reduktion von Stickoxiden und Rußpartikeln in Abgasen von Verbrennungsmotoren können auch schon geringe Mengen an Wasser stoff und Kohlenmonoxid dienen. Eine genaue und zuverlässige Dosierung von geringen Mengen flüssiger Kohlenwasserstoffe für den Reformer ist schwierig bzw. bedarf eines entsprechender Konstruktionsaufwandes und ist damit kostenaufwendig. Als Eduk te für die Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid können verschiedene Kohlenwasserstoffe wie Diesel, Benzin, Kerosin, LPG (Liquefied Petrol Gas) oder Alkohole wie Methanol einge setzt werden. Die einzelnen Komponenten dieser Brennstoffe un terscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer Eignung zur Reformie rung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid.For the reduction of nitrogen oxides and soot particles in exhaust gases from Internal combustion engines can also use small amounts of water serve fabric and carbon monoxide. An accurate and reliable Dosage of small amounts of liquid hydrocarbons for the reformer is difficult or needs a corresponding one Construction effort and is therefore expensive. As Eduk te for the production of hydrogen and carbon monoxide various hydrocarbons such as diesel, petrol, kerosene, LPG (Liquefied Petrol Gas) or alcohols such as methanol be set. The individual components of these fuels un differ in their suitability for reform tion to hydrogen and carbon monoxide.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine zuverlässige und kostengünstige Dosierung auch von geringen Mengen von Koh lenwasserstoffen ermöglichen und auch eine effektivere Refor mierung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid gewährleisten.In contrast, the invention has for its object a Ver drive and create a device that is reliable and inexpensive dosing even of small amounts of Koh Hydrogen oils allow and also a more effective refor Ensure hydrogenation and carbon monoxide.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird zum einen ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, zum anderen eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 vorgeschlagen.On the one hand, a method with the Features of claim 1, on the other hand with a device the features of claim 8 proposed.
Demnach werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Schritt im wesentlichen leichtsiedende Komponenten der Kohlenwasserstoffe durch Siedepunktfraktionieren abgetrennt und verdampft, bevor in einem nachfolgenden Schritt nur aus diesen abgetrennten Komponenten der Wasserstoff bzw. das Kohlenmonoxid erzeugt werden.Accordingly, in a method according to the invention, in one first step essentially low-boiling components of the Hydrocarbons separated by boiling point fractionation and evaporates before in a subsequent step only from this separated components of hydrogen or carbon monoxide be generated.
Es hat sich gezeigt, daß schwersiedende Komponenten von Kohlen wasserstoffen schlecht zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu re formieren sind. Außerdem lassen sich flüssige Kohlenwasserstof fe in geringen Mengen nur schwer dosieren. Die Wasserstoff- bzw. Kohlenmonoxiderzeugung kann durch Trennung von leichtsie denden Komponenten, die auch leicht reformierbar sind, von den schwersiedenden Komponenten, vorteilhafterweise auf die erstge nannten Eduktkomponenten mit den günstigen Reaktionseigenschaf ten beschränkt werden. Gase lassen sich auch in geringen Mengen ohne Schwierigkeiten zuverlässig und genau dosieren. Die Sie depunktfraktionierung basiert auf einem Verdampfen der leicht siedenden Komponenten. Erfindungsgemäß wird durch die Trennung der Komponenten und die teilweise Verdampfung in einem einzigen Verfahrensschritt in vorteilhafter Art und Weise ein gasförmi ges Edukt erzeugt, das sich auch in geringen Mengen leichter dosieren läßt, und gleichzeitig wird das Edukt aus den Kompo nenten der Kohlenwasserstoffe gewonnen, die für die Reformie rung besonders geeignet sind. Das heißt, daß eine effektive Re formierung von Kohlenwasserstoffen zu Wasserstoff und Kohlen monoxid, deren Vorhandensein als Reduktionsmittel die Qualität der Schadstoffreduktion der Abgase wesentlich beeinflußt, ge währleistet ist.It has been shown that high-boiling components of coal Hydrogen bad to hydrogen and carbon monoxide to re are forming. Liquid hydrocarbons can also be used Dosing in small quantities is difficult. The hydrogen or carbon monoxide generation can be separated by separating them easily components, which are also easy to reform, by the high-boiling components, advantageously on the first called educt components with the favorable reaction properties be limited. Gases can also be found in small quantities dispense reliably and precisely without difficulty. The you Depoint fractionation is based on an easy evaporation boiling components. According to the invention, the separation of the components and the partial evaporation in one Process step advantageously a gaseous ed educt that is easier to produce even in small quantities doses, and at the same time the educt from the compo nents of hydrocarbons obtained for the reformie tion are particularly suitable. This means that an effective re Formation of hydrocarbons into hydrogen and coal monoxide, their presence as a reducing agent the quality the pollutant reduction of the exhaust gases significantly affected, ge is guaranteed.
Mit einer Vorrichtung, bei der einem Reformierungsreaktor eine Fraktioniereinrichtung zum Abtrennen und zum Verdampfen leicht siedender Komponenten gegenüber schwersiedender Komponenten der Kohlenwasserstoffe vorgeschaltet ist, wobei der Ausgang der Fraktioniereinrichtung für die leichtsiedenden Komponenten mit dem Reformierungsreaktor verbunden ist, kann das erfindungsge mäße Verfahren auf eine einfache Art und Weise verwirklicht werden. Die Anordnung von Reformierungsreaktor und Fraktio niereinrichtung erlaubt eine kompakte Bauweise, so daß die Vorrichtung als eine zusätzliche Baugruppe hinter einen Verbren nungsmotor einbaubar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch kostengünstig in der Herstellung, weil Kosten und auch Raum für einen separaten Verdampfer eingespart werden.With a device in which a reforming reactor Fractionation device for separating and evaporating easily boiling components versus high boiling components of the Hydrocarbons is connected upstream, the output of the Fractionation device for the low-boiling components with the reforming reactor is connected, the erfindungsge method in a simple manner become. The arrangement of the reforming reactor and fraction kidney device allows a compact design, so that the device as an additional assembly behind a burn motor can be installed. The device according to the invention is also inexpensive to manufacture because of costs and also Space for a separate evaporator can be saved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention result from the Dependent claims.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die abgetrennten leichtsiedenden Komponenten über eine Dosiervor richtung einem Reformierungsreaktor zum Erzeugen des Wasser stoffs bzw. Kohlenmonoxids zugeführt. Über die Dosiervorrich tung kann die Menge der zu reformierenden Edukte zweckmäßig ge steuert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the separated low-boiling components via a dosing device towards a reforming reactor to produce the water substance or carbon monoxide supplied. About the dosing device tion, the amount of the starting materials to be reformed may be appropriate be controlled.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Dosiervorrichtung ist diese so ausgebildet, daß den abgetrennten leichtsiedenden Kom ponenten über die Dosiervorrichtung Luft zugemischt werden kann. Auf eine zusätzliche Mischeinrichtung kann verzichtet werden. Luft und die abgetrennte leichtsiedende Komponente kön nen dem Reformer gemeinsam als Mischgas über die Dosiervorrich tung zugeführt werden.In an advantageous development of the metering device these are designed so that the separated low-boiling com Components are mixed with air via the metering device can. There is no need for an additional mixing device become. Air and the separated low-boiling component can NEN to the reformer as a mixed gas via the dosing device tion are fed.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind Luftzuführungsmittel an der Dosiervorrichtung vorgesehen. Die Luftzuführungsmittel können als Ventilator oder Kompressor ausgebildet sein. Diese können auch dazu verwendet werden, ei nen Betriebsdruck zum Betreiben der Dosiervorrichtung aufzu bringen bzw. zu steuern.In a further expedient embodiment of the invention air supply means are provided on the metering device. The air supply means can be used as a fan or compressor be trained. These can also be used to NEN operating pressure to operate the metering device bring or control.
Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung sind Heizmit tel zum Vorwärmen der Luft vorgesehen sind. Dadurch kann die Luft schon vor Eintritt in dem Reformer auf dessen Betriebstem peratur vorgeheizt werden. In a useful development of the invention are Heizmit are provided for preheating the air. This allows the Air before the reformer enters the operating system temperature to be preheated.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Do siervorrichtung eine Düse. Dieses stellt eine konstruktiv ein fache und kostengünstige Lösung dar.In an advantageous embodiment of the invention, the Do siervorrichtung a nozzle. This sets one constructively simple and inexpensive solution.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Fraktioniereinrichtung in der Kraftstoffrücklaufleitung vom Verbrennungsmotors zum Kraftstofftank angeordnet. Da schon ge ringe Mengen von Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die Redukti on der Abgase ausreichend sind, kann der Bedarf an Kohlenwas serstoffen über die Rückleitung gedeckt werden, ohne daß zu sätzliche Zuleitungen vorzusehen sind. Eventuelle Verunreini gungen z. B. mit schwersiedenden Ölen sind aufgrund der Siede punktfraktionierung unbeachtlich.In an advantageous development of the invention Fractionator in the fuel return line from Internal combustion engine arranged to the fuel tank. Since already ge rings of hydrogen and carbon monoxide for the reducti If the exhaust gases are sufficient, the need for coal water be covered by the return line without additional supply lines must be provided. Possible Verunreini for example B. with high-boiling oils are due to the boiling point point fractionation irrelevant.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Fraktioniereinrichtung einen Druckbehälter, eine Heizvorrich tung und ein Steigrohr, über das die leichtsiedenden Komponen ten der Kohlenwasserstoffe gasförmig abgeführt werden. Eine solche Lösung ist konstruktiv einfach und ermöglicht trotzdem eine wirksame Trennung der flüssigen, schwersiedenden Komponen ten von den verdampften leichtsiedenden Komponenten über das Steigrohr. Über den Druckbehälter kann zudem der Betriebsdruck für die Dosiervorrichtung aufgebaut werden.In an advantageous embodiment of the invention, the Fractionator a pressure vessel, a heating device device and a riser pipe over which the low-boiling components ten of the hydrocarbons are discharged in gaseous form. A such a solution is structurally simple and still enables an effective separation of the liquid, high-boiling components of the evaporated low-boiling components via the Riser pipe. The operating pressure can also be set via the pressure vessel be built for the dosing device.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result itself from the description and the accompanying drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the following standing features to be explained not only in each specified combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is based on an embodiment in the Drawing is shown schematically and is below Described in detail with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt eine stark schematische Block-Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 is a highly schematic block diagram shows an inventive device.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der schemati schen Darstellung der Fig. 1. Fig. 2 shows an enlarged section of the schematic representation of Fig. 1st
Erfindungsgemäß werden aus Kohlenwasserstoffen wie Diesel- oder Ottokraftstoffen in einem Fraktionierungsschritt zuerst leicht siedende Komponenten abgetrennt, bevor aus diesen Komponenten in einem Reformer Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt werden. Diese werden als Reduktionsmittel für die Reduktion von Abgas schadstoffen wie Stickoxiden und Rußpartikeln an einem Kataly sator eingesetzt. Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die auch nach der Reduktion des Abgases noch im Abgasstrom vor handen sind, werden in einem Oxidationsschritt mit Luft zu Was ser und Kohlendioxid oxidiert. Eine Ausführungsform einer er findungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemä ßen Verfahrens zur Schadstoffreduktion von Abgasen von Verbren nungsmotoren ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.According to the invention, low-boiling components are first separated from hydrocarbons such as diesel or petrol in a fractionation step before hydrogen and carbon monoxide are generated from these components in a reformer. These are used as reducing agents for the reduction of exhaust gas pollutants such as nitrogen oxides and soot particles on a catalyst. Portions of hydrogen and carbon monoxide, which are still present in the exhaust gas stream even after the exhaust gas has been reduced, are oxidized with air to water and carbon dioxide in an oxidation step. An embodiment of an inventive device for performing the inventive method for pollutant reduction in exhaust gases from internal combustion engines is shown schematically in Fig. 1.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotor und Bezugszeichen 2 einen Tank für den Kraftstoff des Motors 1. Der Tank 2 ist über eine Zuleitung 3 mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. In einer Kraftstoffrücklaufleitung 4 vom Verbren nungsmotor 1 zum Tank 2 ist eine Fraktioniereinrichtung 5 ange ordnet. In der Fraktioniereinrichtung 5 werden die leichtsie denden Komponenten von den schwersiedenden Komponenten des Kraftstoffes getrennt. Die schwersiedenden Komponenten werden über eine Rückleitung 4a in den Tank 2 zurückgeleitet. Die ab getrennten leichtsiedenden Komponenten werden einem Reformer 7 gasförmig zugeführt. Dazu ist eine Dosiervorrichtung 6 vorgese hen, die vorzugsweise als Düse ausgebildet ist.In Fig. 1 reference numeral 1 designates an internal combustion engine, and numeral 2 a tank for the fuel of the engine 1. The tank 2 is connected to the internal combustion engine 1 via a feed line 3 . In a fuel return line 4 from the combustion engine 1 to the tank 2 , a fractionator 5 is arranged. In the fractionator 5 , the easily components are separated from the high-boiling components of the fuel. The high-boiling components are returned to the tank 2 via a return line 4 a. The separated low-boiling components are fed to a reformer 7 in gaseous form. For this purpose, a metering device 6 is hen hen, which is preferably designed as a nozzle.
In dem Reformer 7 werden aus den leichtsiedenden Komponenten des Kraftstoffes Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt, die als Reduktionsmittel für die Abgasreinigung verwendet werden. Die Reformierung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus Kohlenwasserstoffen an sich ist bekannt. Der Reformer 7 umfaßt einen Ka talysator, der beispielsweise Nickel, Kobalt oder Rhodium als Katalysatormaterial enthält. Durch die bekannte Wasserdampfre formierung und/oder partielle Oxidation wird das als Redukti onsmittel verwendete wasserstoffhaltige Gas erzeugt. Für die Wasserdampfreformierung kann über einen Einlaß 9 Wasser in den Reformer 7 geleitet werden. Die Luft für die partielle Oxidati on wird dem Reformer 7 über die Düse 6 zugeführt. Dazu ist an der Düse 6 ein Einlaß 8 vorgesehen. Die Luft kann über einen Ventilator 10 oder Kompressor 10 zugeführt werden. Dabei kann zumindest ein Teil des Betriebsdruckes der Düse 6 über den Ven tilator/Kompressor 10 aufgebracht werden. An der Düse 6 sind weiterhin Heizmittel 11 wie Heizspiralen vorgesehen, um die Luft auf ungefähr 200°C vorzuwärmen. Eine (nicht gezeigte) CO- Shift-Stufe kann dem Reformer nachgeschaltet sein, um die Was serstoffausbeute zu erhöhen.In the reformer 7 , hydrogen and carbon monoxide are generated from the low-boiling components of the fuel, which are used as reducing agents for exhaust gas purification. The reforming of hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbons per se is known. The reformer 7 comprises a catalyst which contains, for example, nickel, cobalt or rhodium as the catalyst material. Through the known steam formation and / or partial oxidation, the hydrogen-containing gas used as the reducing agent is generated. For steam reforming, water can be passed into the reformer 7 via an inlet 9 . The air for the partial oxidation is fed to the reformer 7 via the nozzle 6 . For this purpose, an inlet 8 is provided on the nozzle 6 . The air can be supplied via a fan 10 or compressor 10 . At least part of the operating pressure of the nozzle 6 can be applied via the Ven tilator / compressor 10 . Heating means 11 such as heating spirals are also provided on the nozzle 6 in order to preheat the air to approximately 200 ° C. A CO shift stage (not shown) can be connected downstream of the reformer in order to increase the hydrogen yield.
Gase lassen sich auch in geringen Mengen ohne Schwierigkeiten zuverlässig und genau dosieren. Es ist auch möglich, eine Do sierung durch die Menge der Wärmezufuhr, d. h. durch elektrische Erwärmung, zu regeln. Eine weitere Möglichkeit ist die Dosie rung der Luftzufuhr über Ventilator/Kompressor 10.Gases can be dosed reliably and precisely even in small quantities. It is also possible to regulate a dosage by the amount of heat input, ie by electrical heating. Another possibility is the dosing of the air supply via fan / compressor 10 .
Über eine Leitung 13 wird das Abgas des Verbrennungsmotors 1 in einen Reaktor 14 geführt. Das wasserstoffhaltige Gas wird als Reduktionsmittel über eine Leitung 12 dem Abgas des Verbren nungsmotors 1 vor dem Reduktionsreaktor 14 zugegeben. Der Reak tor 14 enthält einen Katalysator mit z. B. Platin als Katalysa tormaterial. In dem Reduktionsreaktor 14 erfolgt die Reduktion von insbesondere Stickoxiden und Rußpartikeln des Abgases am Katalysator durch Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid. Nach der Reduktion noch vorhandene Anteile von Wasserstoff bzw. Kohlen monoxid werden mittels eines Oxidationskatalysators 15 mit Luft in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Das dabei entstehende Wasser wird über eine (nicht dargestellte) Leitung dem Einlaß 9 des Reformers 7 zur Wasserdampfreformierung zugeführt. Über die Leitung 16 wird dem Oxidationskatalysator 15 über den Kompressor 11 Luft zugeführt. Am Reduktionsreaktor 14 ist ein (nicht dargestellter) Partikelfilter angeordnet. Über die Leitung 17 kann dieser bei Bedarf durch Zudosierung von Luft freigebrannt werden.The exhaust gas of the internal combustion engine 1 is fed into a reactor 14 via a line 13 . The hydrogen-containing gas is added as a reducing agent via a line 12 to the exhaust gas of the combustion engine 1 upstream of the reduction reactor 14 . The Reak gate 14 contains a catalyst with z. B. platinum as catalyst material. In the reduction reactor 14 , the reduction of, in particular, nitrogen oxides and soot particles of the exhaust gas on the catalyst takes place by means of hydrogen and / or carbon monoxide. After the reduction of hydrogen or carbon monoxide still present, air is converted into carbon dioxide and water by means of an oxidation catalyst 15 . The resulting water is fed via a line (not shown) to the inlet 9 of the reformer 7 for steam reforming. Air is supplied to the oxidation catalytic converter 15 via the line 16 via the compressor 11 . A particle filter (not shown) is arranged on the reduction reactor 14 . If necessary, this can be burned free via the line 17 by metering in air.
Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 die Fraktioniereinrichtung 5. FIG. 2 shows the fractionation device 5 in an enlarged section of FIG. 1.
Die Fraktioniereinrichtung 5 umfaßt einen Druckbehälter 20, ei ne Heizvorrichtung 21 und ein Steigrohr 22. Die Heizvorrichtung 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrische Heizung ausgeführt. Sie kann aber auch als Wärmetauscher ausge bildet sein, der die Abwärme des Verbrennungsmotors 1 nutzt. Eine elektrische Heizung ist jedoch zu bevorzugen, da diese auch beim Startvorgang einsetzbar ist.The fractionation device 5 comprises a pressure vessel 20 , a heating device 21 and a riser pipe 22 . In the exemplary embodiment shown, the heating device 21 is designed as an electrical heater. But it can also be formed as a heat exchanger, which uses the waste heat of the internal combustion engine 1 . Electric heating is preferred, however, because it can also be used during the starting process.
Der Druckbehälter 20 weist einen Einlaß für die Kraftstoffrück laufleitung 4 und einen Auslaß für die Leitung 4a auf. Der Kraftstoff gelangt über die Kraftstoffrücklaufleitung 4 in den Druckbehälter 20, wo er durch die Heizvorrichtung 21 erwärmt wird. Die leichtsiedenden Komponenten verdampfen zuerst und steigen über das Steigrohr 22 zur Düse 6 auf. Der restliche Kraftstoff, der aus schwersiedenden Komponenten besteht, wird über die Leitung 4a zum Tank 2 zurückgeführt. Damit wird eine einfache und wirkungsvolle Fraktionierung des Kraftstoffes in leicht- und schwersiedende Bestandteile bzw. Komponenten er reicht.The pressure vessel 20 has an inlet for the fuel return line 4 and an outlet for the line 4 a. The fuel reaches the pressure tank 20 via the fuel return line 4 , where it is heated by the heating device 21 . The low-boiling components evaporate first and rise via the riser pipe 22 to the nozzle 6 . The remaining fuel, which consists of high-boiling components, is returned via line 4 a to tank 2 . This is a simple and effective fractionation of the fuel into light and high-boiling components.
Der Flüssigkeitsspiegel im Druckbehälter 20 wird so geregelt, daß das Steigrohr 22 nicht in die Flüssigkeit hineinreicht. Der Druck des Druckbehälters 20 kann verwendet werden, um den Be triebsdruck für die Düse 6 aufzubauen. Über den Einlaß 8 kann der Düse 6 Luft zugemischt werden. Der Auslaß 23 der Düse 6 ist mit dem Reformer 7 verbunden.The liquid level in the pressure vessel 20 is controlled so that the riser pipe 22 does not extend into the liquid. The pressure of the pressure vessel 20 can be used to build up the operating pressure for the nozzle 6 . Air can be added to the nozzle 6 via the inlet 8 . The outlet 23 of the nozzle 6 is connected to the reformer 7 .
In den Reformer 7 kann bevorzugt nicht nur Luft, sondern auch Wasser eingebracht werden. Da eine Wasserrückgewinnung systemtechnisch schwierig sein kann, besteht eine zweckmäßige Maßnah me darin, einen Wassergehalt des Abgases 13 des Verbrennungsmo tors in einem Teilstrom zu nutzen. Typischerweise enthält das Abgas etwa 10-15% Wasser, das entsprechend genutzt werden kann. Zudem ist z. B. im Abgas von Dieselmotoren auch Sauerstoff ent halten. In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der Ventilator/Kompressor 10 auch Abgas bzw. bei Ottomotoren bevor zugt Abgas und Luft fördern.Not only air, but also water can preferably be introduced into the reformer 7 . Since water recovery can be technically difficult, an expedient measure is to use a water content of the exhaust gas 13 of the combustion engine in a partial flow. Typically, the exhaust gas contains about 10-15% water, which can be used accordingly. In addition, z. B. in the exhaust gas of diesel engines also hold oxygen ent. In a favorable development of the invention, the fan / compressor 10 can also convey exhaust gas or, in the case of gasoline engines, preferred exhaust gas and air.
Die Zufuhr von Luft ist vorzugsweise durch einen Abzweig nach einem Abgasturbolader vorteilhaft möglich. Dort herrscht ein erhöhter Druck, so daß auf einen Ventilator/Kompressor 10 auch unter Umständen verzichtet werden könnte.The supply of air is preferably advantageously possible through a branch after an exhaust gas turbocharger. There is an increased pressure there, so that a fan / compressor 10 could also be dispensed with under certain circumstances.
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