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EP1209330B1 - Rohrförmige Vorrichtung zur Abscheidung und Verbrennung von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselruss, und Verfahren zum Entfernen von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen - Google Patents

Rohrförmige Vorrichtung zur Abscheidung und Verbrennung von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselruss, und Verfahren zum Entfernen von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen Download PDF

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EP1209330B1
EP1209330B1 EP01127830A EP01127830A EP1209330B1 EP 1209330 B1 EP1209330 B1 EP 1209330B1 EP 01127830 A EP01127830 A EP 01127830A EP 01127830 A EP01127830 A EP 01127830A EP 1209330 B1 EP1209330 B1 EP 1209330B1
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EP
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filter
exhaust gas
particulates
catalyst
particulate
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Hans Hildenbrand
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WC Heraus GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a tubular device for the separation and combustion of Soot particles in exhaust gas streams, in particular diesel soot, with a catalyst and a filter, and a method for removing soot particles in exhaust gas streams, in particular diesel exhaust gases, by means of a tubular device, the soot particles being deposited on a filter are.
  • the exhaust gas containing NO is first passed without a filter over a catalytic converter in order to convert the NO in the exhaust gas to NO 2 , before filtering to remove particles.
  • the exhaust gas containing NO 2 is then used to burn the particles trapped on the filter, the amount of NO converted to NO 2 being sufficient to enable the combustion of the particles trapped on the filter to continue at a temperature of less than 400 ° C ,
  • the associated device disclosed therein initially consists of a tubular device in which the above-mentioned catalyst for converting NO to NO 2 is located, after which a second tubular body has the above-mentioned filter for depositing the diesel soot.
  • a disadvantage of this method and this device is the fact that one is not always satisfactory interaction in terms of efficiency between catalyst and filter can occur and in connection with this the ratio of the volume consumed to Effectiveness of the device unfavorable especially when applied to passenger cars appears.
  • practice shows that only sulfur-free diesel fuel is used may be.
  • this problem is solved by a device according to claim 1 A method according to claim 4 and solved by a use according to claim 5.
  • EP 1 065 352 A1 a document according to Article 54 (3) EPC, describes a catalyst filter arrangement with around the catalyst arranged filter, in which no heating device is required, and which also with normal City traffic should work efficiently when the exhaust gases are not very hot.
  • a catalyst for lowering is on a first filter the soot ignition point temperature applied as a coating, with a second filter first filter in the longitudinal direction of the tubular device and / or radially at least partially encloses.
  • the exhaust gas containing soot particles is passed through the first filter, the soot particles are separated on the first filter and the second filter, at the same time the exhaust gas on the first filter is conditioned with the aid of the catalytic converter in order to burn of the soot particles deposited on the first and second filters.
  • the second filter contains a further substance that lowers the soot ignition point, for example Fe, Cu, Mo, La, Cs, V, Ce, Zr, Si as oxides or mixed oxides and / or with the catalyst conditioning the exhaust gas, for example Pt, Pd, Ru, Rh; Ir or combinations of this, is coated, since in the first case the combustion of those deposited on the second filter Soot particles relieved and in the second case by the one fixed to the second filter A catalyst redundancy is available.
  • soot ignition point for example Fe, Cu, Mo, La, Cs, V, Ce, Zr, Si as oxides or mixed oxides and / or with the catalyst conditioning the exhaust gas, for example Pt, Pd, Ru, Rh; Ir or combinations of this, is coated, since in the first case the combustion of those deposited on the second filter Soot particles relieved and in the second case by the one fixed to the second filter A catalyst redundancy is available.
  • the device according to the invention is thus designed as a so-called filter candle.
  • the spatial Fixing and spacing of the first and second filters from one another takes place in the Usually through radial perforated plates.
  • the first filter can be provided with a catalytic aluminum oxide-containing coating be that also inorganic oxides of rare earth metals and / or La, Ti, Zr, Hf and others May contain metals.
  • the coating can be precious metals, for example, as active components Pt, Pd, Rh, Ru or Ir included.
  • the first filter is a wire mesh filter and / or the second Filters made of a ceramic or metallic knitted fabric, fabric, flow, fiber or sintered body exists because these embodiments have proven themselves in practice.
  • exhaust gas containing soot particles is passed through a first one with a filter coated to lower the soot ignition temperature and the soot particles are separated on the first and on a second filter and simultaneously with the help of the catalytic converter, the exhaust gas for burning those separated on the first and second filters Soot particles conditioned, the second filter the first filter in the longitudinal direction and / or at least partially radially.
  • the second filter is coated with a further ignition point-lowering substance and / or with the catalyst which conditions the exhaust gas, since in the first case the soot particles deposited on the second filter are easier to burn and in the second case a conditioning redundancy is provided by the catalyst fixed to the second filter Available.
  • the first filter is a wire mesh filter and / or the second Filters made of a ceramic or metallic knitted fabric, fabric, flow, fiber or sintered body exists because these embodiments have proven themselves in practice.
  • the device according to the invention is primarily used to remove soot particles in exhaust gas streams, especially diesel exhaust. Surprisingly, it has been shown that the The device according to the invention also works with sulfur-containing diesel exhaust gases the combustion of fuel with a maximum concentration of 500 ppm sulfur.
  • Figure 1 is a sketch of a tubular device according to the invention for removing Soot particles shown in exhaust gas streams.
  • the device according to the invention essentially consists of one in the longitudinal direction extending center axis tubular inner first wire mesh filter 1, the has a catalytic coating to lower the soot ignition point temperature.
  • This first filter 1 is by means of a tubular perforated plate 3 from an adjacent and the first filter 1 in the longitudinal direction and radially enclosing the second filter 2.
  • the second filter 2 is in turn radially surrounded by another perforated plate 3 in the longitudinal direction.
  • FIG. 2 shows a sketch of another tubular device for removal according to the invention represented by soot particles in exhaust gas streams.
  • the device according to the invention essentially consists of one in the longitudinal direction extending center axis tubular inner first wire mesh filter 1, the has a catalytic coating to lower the soot ignition point temperature.
  • the first filter is by means of a tubular perforated plate 3 from an adjacent one and the first filter 1 partially in the longitudinal direction and completely radially enclosing second filter 2 spaced.
  • the second filter 2 is in turn from a further perforated plate 3 in the longitudinal direction surrounded radially.
  • the first to flow through is a filter with a wire mesh filter 1 filled tubular jacket 4. This special design shows unexpectedly high burn rates the soot particles and a correspondingly highly efficient conditioning of the exhaust gas.

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Description

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Vorrichtung zur Abscheidung und Verbrennung von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselruß, mit einem Katalysator und einem Filter, und ein Verfahren zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen, mittels einer rohrförmigen Vorrichtung, wobei die Rußteilchen auf einem Filter abgelagert sind.
Seit vielen Jahren ist die Rußteilchenproblematik bei Dieselkraftfahrzeugen bekannt, da Dieselruß im Verdacht steht, kanzerogene Wirkungen hervorzurufen. Dieses für die Umwelt wichtige Problem wurde insbesondere durch ein in EP 0 341 832 B1 offenbartes Verfahren versucht, zu beseitigen.
Bei dem dort beanspruchten Verfahren durch Verbrennen von Teilchen, welche in einem Diesel-Abgassystem angeordneten Filter abgelagert sind, wird das NO enthaltende Abgas zuerst ohne Filter über einen Katalysator geleitet, um das NO im Abgas zu NO2 umzuwandeln, vor dem Filtern zum Entfernen von Teilchen. Das NO2 enthaltende Abgas wird dann zum Verbrennen der auf dem Filter eingefangenen Teilchen verwendet, wobei die Menge an zu NO2 umgewandelten NO ausreicht, es zu ermöglichen, die Verbrennung der auf dem Filter eingefangenen Teilchen bei einer Temperatur von weniger als 400 ° C fortzusetzen.
Die dort offenbarte zugehörige Vorrichtung besteht stromabwärts gesehen zunächst aus einer rohrförmigen Vorrichtung, in der sich der obengenannte Katalysator zur Umwandlung von NO in NO2 befindet, wobei im Anschluss daran ein zweiter rohrförmiger Körper den obengenannten Filter zur Ablagerung des Dieselrußes aufweist.
Nachteilig bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist die Tatsache, dass ein nicht immer befriedigendes Zusammenspiel hinsichtlich Wirkungseffizienz zwischen Katalysator und Filter auftreten kann und im Zusammenhang damit das Verhältnis von verbrauchtem Volumen zur Wirksamkeit der Vorrichtung gerade bei der Applizierung an Personenkraftwagen ungünstig erscheint. Darüber hinaus zeigt sich in der Praxis, dass nur schwefelfreier Dieselkraftstoff verwendet werden darf.
Aus dem Vorgenannten ergibt sich das Problem, mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens und einer neuartigen Vorrichtung die obengenannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen, insbesondere im Hinblick auf die Entfernung der Rußteilchen ein hocheffizientes Verfahren und eine entsprechend korrespondierende und kompakte und damit an Personenkraftwagen leichter zu applizierende Vorrichtung bereitzustellen, die auch mit schwefelhaltigem Dieselkraftstoff problemlos funktioniert.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Verfahren nach Anspruch 4 und durch eine Verwendung nach Anspruch 5 gelöst.
Des weiteren beschreibt EP 1 065 352 A1, ein Dokument gemäss Artikel 54(3) EPÜ, eine Katalysator-Filter-Anordnung mit um den Katalysator angeordnetem Filter, bei der keine Heizvorrichtung benötigt wird, und die auch bei normalem Stadtverkehr effizient funktionieren soll, wenn die Abgase wenig heiß sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf einem ersten Filter ein Katalysator zur Absenkung der Rußzündpunkttemperatur als Beschichtung aufgebracht, wobei ein zweiter Filter den ersten Filter in Längsrichtung der rohrförmigen Vorrichtung und/oder radial zumindest teilweise umschließt. Dadurch wird das Rußteilchen enthaltende Abgas durch den ersten Filter geführt, dabei die Rußteilchen am ersten Filter und am zweiten Filter abgeschieden, gleichzeitig wird das Abgas am ersten Filter mit Hilfe des Katalysators derart konditioniert, um zum Verbrennen der am ersten und zweiten Filter abgeschiedenen Rußteilchen verwendet zu werden.
Es ist vorgesehen, dass der zweite Filter mit einer weiteren rußzündpunkterniedrigenden Substanz, beispielsweise Fe, Cu, Mo, La, Cs, V, Ce, Zr, Si als Oxide oder Mischoxide und/oder mit dem das Abgas konditionierenden Katalysator, beispielsweise Pt, Pd, Ru, Rh; Ir oder Kombinationen hiervon, beschichtet ist, da im ersten Fall das Verbrennen der am zweiten Filter abgeschiedenen Rußteilchen erleichtert und im zweiten Fall durch den am zweiten Filter fixierten Katalysator eine Konditionierungsredundanz zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit als sogenannte Filterkerze ausgeführt. Die räumliche Fixierung und Beabstandung des ersten und zweiten Filters voneinander geschieht in der Regel durch radiale Lochbleche. Das Verbrennen der abgeschiedenen Rußteilchen verläuft in der Regel bei Temperaturen T < = + 400°C, wobei auch höhere Temperaturen denkbar sind. Oberraschend ist die Tatsache, dass aufgrund der spezifischen Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander, ein problemloser Betrieb mit schwefelhaltigem Dieselkraftstoff erst ermöglicht wird, der ggf. durch die sich dann einstellende Konditionierung des Abgases zu erklären ist. Der erste Filter kann mit einer katalytischen aluminiumoxidhaltigen Beschichtung versehen sein, die auch anorganische Oxide der Seltenerdmetalle und/oder La, Ti, Zr, Hf sowie anderer Metalle enthalten kann. Die Beschichtung kann als Aktivkomponenten Edelmetalle, beispielsweise Pt, Pd, Rh, Ru oder Ir enthalten.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der erste Filter ein Drahtgestrickfilter ist und/oder der zweite Filter aus einem keramischen oder metallischen Gestrick, Gewebe, Fließ, Faser- oder Sinterkörper besteht, da sich diese Ausführungsformen in der Praxis bewährt haben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird Rußteilchen enthaltendes Abgas durch einen ersten mit einem die Rußzündpunkttemperatur absenkenden Katalysator beschichteten Filter geführt und dabei die Rußteilchen am ersten und an einem zweiten Filter abgeschieden und gleichzeitig mit Hilfe des Katalysators das Abgas zum Verbrennen der am ersten und zweiten Filter abgeschiedenen Rußteilchen konditioniert, wobei der zweite Filter den ersten Filter in Längsrichtung und/oder radial zumindest teilweise umschließt.
Bei diesem Verfahren ist der zweite Filter mit einer weiteren zündpunkterniedrigenden Substanz und/oder mit dem das Abgas konditionierenden Katalysator beschichtet, da im ersten Fall das Verbrennen der am zweiten Filter abgeschiedenen Rußteilchen erleichtert und im zweiten Fall durch den am zweiten Filter fixierten Katalysator eine Konditionierungsredundanz zur Verfügung steht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der erste Filter ein Drahtgestrickfilter ist und/oder der zweite Filter aus einem keramischen oder metallischen Gestrick, Gewebe, Fließ, Faser- oder Sinterkörper besteht, da sich diese Ausführungsformen in der Praxis bewährt haben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient in erster Linie zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen. In überraschender Weise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei schwefelhaltigen Dieselabgasen funktioniert, die aus der Verbrennung von Kraftstoff mit einer Maximalkonzentration von 500 ppm Schwefel stammen.
Das nachfolgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
Figur 1
eine skizzenhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen rohrförmigen Vorrichtung.
Figur 2
eine skizzenhafte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen rohrförmigen Vorrichtung.
In Figur 1 ist skizzenhaft eine erfindungsgemäße rohrförmige Vorrichtung zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem bezüglich der in Längsrichtung verlaufenden Mittelpunktachse rohrförmigen inneren ersten Drahtgestrickfilter 1, der eine katalytische Beschichtung zur Absenkung der Rußzündpunkttemperatur aufweist. Dieser erste Filter 1 ist mittels eines rohrförmigen Lochbleches 3 von einem darauf anliegenden und den ersten Filter 1 in Längsrichtung und radial umschließenden zweiten Filter 2 beabstandet. Der zweite Filter 2 ist wiederum von einem weiteren Lochblech 3 in Längsrichtung radial umgeben.
Bei Einsatz einer solchen Vorrichtung wird entsprechendes Dieselabgas axial in die rohrförmige Vorrichtung (Filterkerze) eingeführt und radial über den 2. Filter abgelassen.
In Figur 2 ist skizzenhaft eine weitere erfindungsgemäße rohrförmige Vorrichtung zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem bezüglich der in Längsrichtung verlaufenden Mittelpunktachse rohrförmigen inneren ersten Drahtgestrickfilter 1, der eine katalytische Beschichtung zur Absenkung der Rußzündpunkttemperatur aufweist. Dieser erste Filter ist mittels eines rohrförmigen Lochbleches 3 von einem darauf anliegenden und den ersten Filter 1 teilweise in Längsrichtung und vollständig radial umschließenden zweiten Filter 2 beabstandet. Der zweite Filter 2 ist wiederum von einem weiteren Lochblech 3 in Längsrichtung radial umgeben. Als zuerst zu durchströmender Aufsatz fungiert ein mit weiterem Drahtgestrickfilter 1 gefüllter rohrförmiger Mantel 4. Diese spezielle Ausgestaltung zeigt unerwartet hohe Abbrandraten der Rußteilchen sowie eine entsprechend hocheffiziente Konditionierung des Abgases.

Claims (6)

  1. Rohrförmige Vorrichtung zur Abscheidung und Verbrennung von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselruß, mit einem Katalysator und einem Filter, bei der ein die Rußzündpunkttemperatur absenkender Katalysator als Beschichtung auf einem ersten Filter (1) aufgebracht ist, wobei ein zweiter Filter (2) den ersten Filter (1) in Längsrichtung und/oder radial zumindest teilweise umschließt, so dass Rußteilchen enthaltendes Abgas durch den ersten Filter (1) geführt wird, dabei die Rußteilchen am ersten Filter (1) und am zweiten Filter (2) abgeschieden werden und gleichzeitig am ersten Filter (1) das Abgas zum Verbrennen der am ersten und zweiten Filter (1, 2) abgeschiedenen Rußteilchen konditioniert wird, wobei der zweite Filter (2) mit einer weiteren rußzündpunktemiedrigenden Substanz und/oder mit dem das Abgas konditionierenden Katalysator beschichtet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (1) ein Drahtgestrickfilter ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Filter (2) aus einem keramischen oder metallischen Gestrick, Gewebe, Fließ, Faser- oder Sinterkörper besteht.
  4. Verfahren zum Entfemen von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen, mittels einer rohrförmigen Vorrichtung, wobei die Rußteilchen auf einem Filter abgelagert sind, wobei
    a) Rußteilchen enthaltendes Abgas durch einen ersten mit einem die Rußzündpunkttemperatur absenkenden Katalysator beschichteten Filter (1) geführt wird,
    b) dabei die Rußteilchen am ersten und an einem zweiten Filter (1, 2) abgeschieden werden,
    c) gleichzeitig mit Hilfe des Katalysators das Abgas zum Verbrennen der am ersten und zweiten Filter (1, 2) abgeschiedenen Rußteilchen konditioniert wird, wobei der zweite Filter (2) den ersten Filter (1) in Längsrichtung radial zumindest teilweise umschließt, und
    d) der zweite Filter (2) mit einer weiteren rußzündpunkterniedrigenden Substanz und/oder mit dem das Abgas konditionierenden Katalysator beschichtet ist.
  5. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Entfemen von Rußteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen.
  6. Verwendung nach Anspruch 5, wobei es sich bei den Abgasströmen um schwefelhaltige Dieselabgase handelt, die aus der Verbrennung von Kraftstoff mit einer Maximalkonzentration von 500 ppm Schwefel stammen.
EP01127830A 2000-11-27 2001-11-22 Rohrförmige Vorrichtung zur Abscheidung und Verbrennung von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselruss, und Verfahren zum Entfernen von Russteilchen in Abgasströmen, insbesondere Dieselabgasen Expired - Lifetime EP1209330B1 (de)

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