ES2210893T3 - Procedimiento y dispositivo para la reduccion de oxidos de nitrogeno por medio de urea en instalaciones de gases de escape de motores de combustion interna equipadas con catalizadores, especialmente en vehiculos automoviles. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la reduccion de oxidos de nitrogeno por medio de urea en instalaciones de gases de escape de motores de combustion interna equipadas con catalizadores, especialmente en vehiculos automoviles.Info
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Abstract
PARA UN PROCEDIMIENTO DE REDUCCION DE OXIDO DE NITROGENO POR MEDIO DE UREA EN INSTALACIONES DE GAS DE ESCAPE DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA EQUIPADAS CON CATALIZADORES, ESPECIALMENTE SOBRE AUTOMOVILES, DONDE SE UTILIZA UNA CANTIDAD DE RESERVA PREVIA BASANDOSE EN POLVO DE UREA MEZCLADO CON UN MATERIAL SOPORTE PARA DOSIFICACION EN LA INSTALACION DE GAS DE ESCAPE ANTES DEL CATALIZADOR, SE PROPONE DE ACUERDO CON LA INVENCION QUE SE ELIJA COMO MATERIAL SOPORTE UN COMPUESTO DE HIDROCARBURO CON UN PUNTO DE FUSION ENTRE UNA TEMPERATURA DE TRANSFORMACION PREDETERMINADA MAYOR O IGUAL DE 30 C Y UNA TEMPERATURA DE OPERACION HABITUAL DESDE 70 HASTA 110 C DEL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA. EL COMPUESTO DE HIDROCARBURO SE QUEMA EN LA INSTALACION DE GAS DE ESCAPE EN LA ZONA DE TEMPERATURA COMPLETA DE APROXIMADAMENTE 150 C HASTA 850 C LIBRE DE RESIDUOS O SE OXIDA EN EL CATALIZADOR. CON PREFERENCIA ENCUENTRAN UTILIZACION PARA ESTE OBJETIVO PARAFINA, ESTEARINA, GRASA O CERAS.
Description
Procedimiento y dispositivo para la reducción de
óxidos de nitrógeno por medio de urea en instalaciones de gases de
escape de motores de combustión interna equipadas con
catalizadores, especialmente en vehículos automóviles.
La invención se refiere, según el preámbulo de la
reivindicación 1, a un procedimiento para la reducción de óxidos de
nitrógeno por medio de urea en instalaciones de gases de escape de
motores de combustión interna equipadas con catalizadores,
especialmente en vehículos automóviles, en donde se emplea una
mezcla almacenada de polvo de urea mezclado con un material de
soporte para su administración dosificada en la instalación de
gases de escape aguas arriba del catalizador.
Se conoce por la publicación de patente japonesa
02-261 519 un procedimiento de esta clase, por
ejemplo para urea, en el que ésta es añadida al gas de escape en
forma de polvo o como solución o como suspensión. La urea en forma
de suspensión o, por ejemplo, disuelta en agua puede conducir, a
bajas temperaturas ambiente, a una masa viscosa debido a
solidificación y eventualmente a una masa congelada y, por tanto,
puede reprimir una dosificación exacta o bien suprimir enteramente
una dosificación. La adición de urea en forma de polvo es difícil de
dosificar y de aportar, no pudiendo excluirse un aterronamiento del
polvo con el transcurso del tiempo. A esto se añade también una
manipulación complicada. Es cierto que desaparece una parte de los
inconvenientes antes citados cuando el polvo de urea es generado a
bordo del vehículo automóvil a partir de un material sólido, pero
persiste el inconveniente esencial de la difícil dosificación del
polvo y su aportación a la corriente de gases de escape.
Como es sabido, los óxidos de nitrógeno
contenidos en los gases de escape se reducen en un catalizador
añadiendo amoníaco o compuestos formadores de amoníaco para
producir nitrógeno y agua. Dado que la adición de amoníaco al gas de
escape es costosa y, con miras a una irrupción inadmisible del
amoníaco, hace necesario un control complicado de la dosificación,
se prefiere la adición de urea al gas de escape, la cual, en
combinación con el agua contenida en el gas de escape, suministra
amoníaco.
La invención se basa en el problema de mejorar un
procedimiento de adición de urea del género expuesto de tal manera
que, con una manipulación sencilla y segura en la fase de
almacenamiento, se logre en cualquier momento una dosificación de
urea en el gas de escape que satisfaga los requisitos de
funcionamiento.
Este problema se resuelve con la reivindicación 1
por el hecho de que se elige como material de soporte un compuesto
hidrocarbonado con un punto de fusión entre una temperatura
ambiente predeterminada \geq30ºC y un intervalo de temperatura de
funcionamiento usual de 70º a 110ºC del motor de combustión
interna, quemándose el compuesto hidrocarbonado sin dejar residuos
en la instalación de gases de escape en todo el intervalo de
temperatura de aproximadamente 150ºC a 850ºC o bien oxidándose en
el catalizador, y por el hecho de que la urea liberada en el gas de
escape se transforma con el agua del gas de escape en amoníaco y
éste sirve para la reducción de NO_{x} en el catalizador. La
transformación de urea en amoníaco por medio de agua puede
efectuarse habitualmente con un catalizador de hidrólisis.
Como compuestos hidrocarbonados que sirven para
los requisitos antes citados se utilizan preferiblemente parafinas,
estearinas o grasas.
La ventaja de la invención reside en la elección
de un material de soporte tal que presenta un estado sólido a
temperaturas ambiente usuales y que puede ser transferido con un
aporte de energía relativamente pequeño a un estado líquido. Por
tanto, el polvo de urea a empaquetar en forma relativamente densa
en un material de soporte de esta clase puede añadirse
dosificadamente de forma impecable en correspondencia con la
producción de óxidos de nitrógeno dependiente del
funcionamiento.
Esta reserva según la invención de la mezcla de
material de soporte y polvo de urea ofrece, debido a su estado
sólido a temperaturas ambiente usuales, una manipulación sencilla
que viene favorecida adicionalmente, según una reivindicación
subordinada, por el hecho de que la reserva de mezcla se utiliza en
forma envasada en cartuchos o bien como pastillas cilíndricas sin
envase.
Para la puesta en práctica del procedimiento
según la invención se describe en otra reivindicación subordinada
un dispositivo dosificador de urea en el que, según el documento
creador del presente género de objeto, se parte de un recipiente de
reserva para el almacenamiento de la mezcla, el cual está unido a
través de una tubería con una unidad dosificadora para introducir la
mezcla en la instalación de gases de escape. Frente a esto, el
dispositivo dosificador de urea se caracteriza porque, para licuar
la reserva de mezcla en el recipiente de reserva, la cual es sólida
a temperatura ambiente, dicho recipiente está equipado con una
camisa de calentamiento, y porque en la zona extrema del recipiente
de reserva que queda opuesta a un sistema de desalojamiento de la
reserva y que sirve para la aportación de la reserva de mezcla
sólida se conecta una tubería equipada con un sistema de
calentamiento acompañante, presentando la unidad dosificadora
combinada constructivamente con un acumulador intermedio una camisa
de calentamiento común que puede hacerse funcionar con independencia
de la temperatura de funcionamiento del motor de combustión
interna.
Ejecuciones ventajosas del dispositivo
dosificador de urea se describen en otras reivindicaciones
subordinadas.
Se describe la invención con ayuda de un ejemplo
de ejecución representado esquemáticamente en el dibujo.
En un procedimiento para la reducción de óxidos
de nitrógeno por medio de urea en una instalación de gases de
escape 1 - equipada con un catalizador no mostrado - de un motor de
combustión interna no representado en un vehículo automóvil no
mostrado se emplea una mezcla 3 almacenada en un dispositivo
dosificador de urea 3 a base de un polvo de urea mezclado con un
material de soporte para su aportación dosificada a la instalación
de gases de escape 1 aguas arriba del catalizador no mostrado.
Para conseguir conforme al problema planteado
que, con una manipulación sencilla y segura en la fase de
almacenamiento de la mezcla 3, se logre en cualquier momento una
dosificación de urea en el gas de escape que satisfaga los
requisitos de funcionamiento, se propone según la invención que se
elija como material de soporte un compuesto hidrocarbonado con un
punto de fusión entre una temperatura ambiente predeterminada
\leq30ºC y un intervalo de temperatura de funcionamiento usual de
70ºC a 110ºC del motor de combustión interna no mostrado,
quemándose el compuesto hidrocarbonado sin dejar residuos en la
instalación de gases de escape 1 en todo el intervalo de temperatura
de aproximadamente 150ºC a 850ºC o bien oxidándose en el
catalizador, y la urea liberada en el gas de escape se transforma
con el agua del gas de escape en amoníaco y sirve para la reducción
de NO_{x} en el catalizador.
Preferiblemente, se utiliza como compuesto
hidrocarbonado una parafina o una estearina, una grasa o una
cera.
El dispositivo dosificador de urea 2 que sirve
para la puesta en práctica del procedimiento anteriormente descrito
según la invención comprende, para el almacenamiento de la mezcla
3, un recipiente de reserva 4 que está unido a través de una
tubería 2 con una unidad dosificadora 6 para introducir la mezcla
en la instalación de gases de escape 1.
Para licuar la reserva de mezcla 3 sólida a
temperatura ambiente en el recipiente de reserva 4, éste está
equipado con una camisa de calentamiento 7, conectándose en la zona
extrema 9 del recipiente de reserva 4 que es opuesta al sistema 8 de
desalojamiento de la reserva y que sirve para la aportación de la
reserva de mezcla sólida 3 la tubería 5 equipada con un sistema de
calentamiento acompañante 10 y presentando también la unidad
dosificadora 6 combinada constructivamente con un acumulador
intermedio 11 una camisa de calentamiento común 12 que puede
hacerse funcionar con independencia de la temperatura de
funcionamiento del motor de combustión interna.
El sistema de desalojamiento 8 en el recipiente
de reserva 4 comprende un pistón de desplazamiento positivo 13 que
actúa sobre la reserva de mezcla 3 y que es accionado por medio de
un pistón de separación 14 a través de un sistema hidráulico 15
existente a bordo del vehículo automóvil, tal como, por ejemplo, el
sistema de lubricación del motor de combustión interna, en contra de
la acción de un muelle de reposición 16.
Asimismo, el recipiente de reserva 4 está
equipado en su zona extrema 9, provista de la abertura para
introducir la reserva de mezcla 3, con una tapa de cierre de
seguridad 17 que puede ser accionada únicamente cuando la reserva de
mezcla 3 se mantiene sin presión. Por tanto, se asegura que,
estando fundida la reserva de mezcla 3, esté anulada una apertura
del recipiente de reserva 4 por retirada de la tapa de cierre 17 y
se eviten lesiones de la persona usuaria.
Asimismo, el recipiente de reserva 4 está
equipado con una camisa de calentamiento 7 que puede hacerse
funcionar eléctricamente y/o con materiales de funcionamiento
líquidos de alta temperatura existentes a bordo, tal como, por
ejemplo, agua de refrigeración o aceite lubricante, estando diseñada
la camisa de calentamiento 7 en la zona extrema 9 del recipiente de
reserva 4 con una tubería conectada 5 para proporcionar una
potencia de calentamiento incrementada. Se asegura así de manera
ventajosa que una mezcla altamente atemperada 3 entre en la tubería
5 equipada con un sistema de calentamiento acompañante 10 y que la
mezcla llegue con seguridad en estado líquido, a través de una
válvula de regulación 18 de la tubería 5, al acumulador intermedio
11 de la unidad dosificadora 6. Con la válvula de regulación 18 se
regula la presión o el nivel de la mezcla 3 en el acumulador
intermedio 11.
Por último, se logra una dosificación exacta de
la mezcla de urea 3 en la instalación de gases de escape 1 con una
unidad dosificadora 6 que, según la clase de construcción de una
impresora de chorros de tinta, está configurada con un sistema de
calentamiento activable en caso necesario y con un piezoactor.
El funcionamiento del dispositivo dosificador de
urea 2 es tal que primero, al efectuar un arranque en frío del
motor de combustión interna, se calienta el acumulador intermedio
11 antepuesto al dispositivo dosificador 6, a través de la camisa de
calentamiento 12 capaz de funcionar con independencia de la
temperatura de funcionamiento del motor de combustión interna, de
preferencia hecha funcionar por vía eléctrica, para licuar la
reserva de mezcla contenida.
A la terminación de la fase de marcha de
calentamiento del motor de combustión interna está disponible agua
de refrigeración suficientemente calentada que se alimenta tanto a
la camisa de calentamiento 7 del recipiente de reserva 4 como al
sistema de calentamiento acompañante 10 de la tubería 5 para
calentar la mezcla con polvo de urea contenida en estos
componentes. Asimismo, en el sistema hidráulico 15 actúa
preferiblemente la presión del aceite de lubricación del motor de
combustión interna sobre el pistón de desplazamiento positivo 13 a
través del pistón de separación 14, de modo que al menos la reserva
de mezcla 3 fundida en la zona extrema superior 9 del recipiente de
reserva 4 es transportado por la tubería 5 al acumulador intermedio
11 para la unidad dosificadora 6.
La activación de los piezoactores y de los
elementos de calentamiento de la unidad dosificadora 6 asociados a
éstos se efectúa en función de las proporciones de NO_{x} que
circulan por la instalación 1 con el gas de escape.
Estando parado el motor y habiendo descendido la
presión del aceite de lubricación en el sistema hidráulico 15, el
pistón de desplazamiento positivo 13 y el pistón de separación 14
son movidos conjuntamente por un muelle de retroceso 16 para
descargar la reserva de mezcla 3, en dirección a la posición de
partida, con lo que se descarga la tapa de cierre de seguridad 17 y
ésta puede ser abierta para introducir una reserva de mezcla 3, por
ejemplo, en forma de pastillas cilíndricas sin un envase.
Si el nivel de mezcla en el acumulador intermedio
11 desciende por debajo de un valor determinado, se abre la válvula
de regulación 18 para rellenar el acumulador intermedio 11 con la
mezcla de urea 3.
Como ventajas de la invención se pueden citar una
manipulación sencilla y segura de la mezcla de urea, que puede
reponerse de manera segura incluso en cantidades parciales. Además,
las bajas temperaturas ambiente no tienen cometido alguno en la
dosificación y, por otra parte, se obtiene con el polvo de urea
arrastrado en un líquido combustible sin dejar residuos una
dosificación exacta en la rama 1 de los gases de escape.
Claims (9)
1. Procedimiento para la reducción de óxidos de
nitrógeno por medio de urea en instalaciones de gases de escape de
motores de combustión interna equipadas con catalizadores,
especialmente en vehículos automóviles,
- en donde se emplea una mezcla almacenada (3) a
base de polvo de urea mezclado con un material de soporte para su
aportación dosificada a la instalación de gases de escape (1) aguas
arriba del catalizador,
caracterizado porque
- se elige como material de soporte un compuesto
hidrocarbonado con un punto de fusión entre una temperatura
ambiente predeterminada \geq30ºC y un intervalo de temperatura de
funcionamiento usual de 70º a 110ºC del motor de combustión interna,
a cuyo fin
- el compuesto hidrocarbonado se quema sin dejar
residuos en la instalación de gases de escape (1) en todo el
intervalo de temperatura de aproximadamente 150ºC a 850ºC o bien se
oxida en el catalizador, y
- la urea liberada en el gas de escape se
transforma con el agua del gas de escape en amoníaco y sirve para
la reducción de NO_{x} en el catalizador.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se emplea como compuesto hidrocarbonado
una parafina, una estearina, una grasa o una cera.
3. Dispositivo dosificador de urea para la puesta
en práctica del procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el
que
- para el almacenamiento de la mezcla del polvo
de urea mezclado con un material de soporte se utiliza un
recipiente de reserva (4) que
- está unido a través de una tubería (5) con una
unidad dosificadora (6) para la aportación de la mezcla a la
instalación de gases de escape (1),
caracterizado porque
- para licuar la reserva de mezcla (3) sólida a
temperatura ambiente en el recipiente de reserva (4), éste está
equipado con una camisa de calentamiento (7) y
- en la zona extrema (9) del recipiente de
reserva (4) que es opuesta a un sistema (8) de desalojamiento de la
reserva y que sirve para la introducción de la reserva de mezcla
sólida (3) se une una tubería (5) equipada con un sistema de
calentamiento acompañante (10),
- presentando la unidad dosificadora (6)
combinada constructivamente con un acumulador intermedio (11) una
camisa de calentamiento común (12) que puede hacerse funcionar con
independencia de la temperatura de funcionamiento del motor de
combustión interna.
4. Dispositivo dosificador según la
reivindicación 3, caracterizado porque
- el sistema de desalojamiento (8) en el
recipiente de reserva (4) comprende un pistón de desplazamiento
positivo (13) que actúa sobre la reserva de mezcla (3) y que
- es accionado por medio de un pistón de
separación (14), a través de un sistema hidráulico (15) existente a
bordo del vehículo automóvil, en contra de la acción de un muelle
de reposición (16).
5. Dispositivo dosificador según las
reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque
- el recipiente de reserva (4) está equipado en
su zona extrema (9) con una tapa de cierre de seguridad (17)
que
- puede ser accionada exclusivamente cuando se
mantenga sin presión la reserva de mezcla (3).
6. Dispositivo dosificador según las
reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque
- el recipiente de reserva (4) está equipado con
una camisa de calentamiento (7) que puede hacerse funcionar por vía
eléctrica y/o con materiales de funcionamiento líquidos existentes
a bordo, es decir, agua de refrigeración o aceite lubricante,
- estando diseñada la camisa de calentamiento (7)
en la zona extrema (9) del recipiente de reserva (4) con una
tubería conectada (5) para proporcionar una potencia de
calentamiento incrementada.
7. Dispositivo dosificador según las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque la tubería (5)
proveniente del recipiente de reserva (4) está conectada a través
de una válvula de regulación (18) al acumulador intermedio (11) de
la unidad dosificadora (6) para regular la presión o el nivel en el
acumulador intermedio (11).
8. Dispositivo dosificador según las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque la unidad
dosificadora (6) está configurada según la clase de construcción de
una impresora de chorros de tinta con un piezoactor.
9. Dispositivo dosificador según una o más de las
reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por el empleo de la
reserva de mezcla de urea (3) en forma envasada en cartuchos o en
forma de pastillas cilíndricas sin envase.
Applications Claiming Priority (2)
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=7870013
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| ES99108930T Expired - Lifetime ES2210893T3 (es) | 1998-06-05 | 1999-05-05 | Procedimiento y dispositivo para la reduccion de oxidos de nitrogeno por medio de urea en instalaciones de gases de escape de motores de combustion interna equipadas con catalizadores, especialmente en vehiculos automoviles. |
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