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WO1999005401A1 - Abgasreinigungsanlage für einen dieselmotor - Google Patents

Abgasreinigungsanlage für einen dieselmotor Download PDF

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WO1999005401A1
WO1999005401A1 PCT/DE1998/002039 DE9802039W WO9905401A1 WO 1999005401 A1 WO1999005401 A1 WO 1999005401A1 DE 9802039 W DE9802039 W DE 9802039W WO 9905401 A1 WO9905401 A1 WO 9905401A1
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WO
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protective grille
exhaust pipe
mixing device
exhaust gas
protective
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PCT/DE1998/002039
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Witzel
Wieland Mathes
Steffen Schnapp
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust 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
    • F01N3/18—Exhaust 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
    • F01N3/20—Exhaust 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 ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
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    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an ignition system for cleaning exhaust gas for a diesel engine, in which an injection device for a reducing agent, a mixing device and a catalyst device are arranged in an exhaust pipe.
  • the 7 ⁇ nlage can be used in particular for a marine diesel engine.
  • SiNOx exhaust gas purification system by Siemens AG, Berlin and Kunststoff, Germany (company brochure "SINOx nitrogen oxide reduction for stationary diesel engines", order number A96001-U91-A232).
  • the mode of operation of the SiNOx exhaust gas cleaning system is based on the SCR process (Selective Catalytic Reduction).
  • the nitrogen oxides of the exhaust gas are mixed with a reducing agent, such as ammonia or urea, in the exhaust pipe, passed into a reactor space and converted to the environmentally friendly substances hydrogen and nitrogen at the catalyst device.
  • a static mixer is used to mix the reducing agent with the exhaust gas.
  • Such a static mixer is known for example from EP 0 594 657. It can be used in particular in an exhaust gas purification system for the exhaust gas from power plants, but also from diesel engines. It has a number of deflection elements or wings, which serve to swirl the flowing exhaust gas.
  • the exhaust pipe can in particular between the turbocharger (compressor) of a diesel engine and between the exhaust gas supply system for nitrogen oxide cleaning. It has now been found in practice that parts can fall into the exhaust pipe during assembly work or service work on the system. This can be broken off parts from the catalyst device, but also wings from the mixing device. This can result in damage to the turbocharger and thus to a standstill of the diesel engine, especially with a vertically or diagonally laid pipeline for the exhaust gas - the exhaust gas is routed from bottom to top.
  • the exhaust gas cleaning systems described in the prior art and known here do not contain any protective devices against such falling parts.
  • the object of the present invention is accordingly to design a plant of the type mentioned at the outset in such a way that it ensures protection from parts, in particular from falling parts. If the exhaust pipe originates from a turbocharger of the diesel engine, this turbocharger in particular should also be protected.
  • a system of the type mentioned is characterized according to the invention by a fine-meshed protective grille in the exhaust pipe.
  • This screen or protective grille is preferably combined with the mixing device.
  • the protective grille and the mixing device which generally consist of metal, can be welded to one another so that they result in a relatively thin structural unit.
  • the above-mentioned static mixer is preferably used as the mixing device.
  • the protective grille should be installed on the upstream side of the mixer if possible. It then prevents not only broken chunks of the catalytic converter from falling, but also broken blades of the mixer in the direction of the turbocharger and the diesel engine which may be present.
  • the protective grille can be installed directly on or especially directly below the catalyst device. If a mixer is integrated in front of the injection device, it makes sense to attach the protective grille here.
  • the advantage of the invention is in particular that the turbocharger, if present, is also protected from particles present in the exhaust pipe.
  • the fine-meshed protective grille generally does not represent an additional pressure loss.
  • FIG 3 shows an exhaust gas cleaning system with a combination of mixing device and protective grille in the flow direction in front of a injection device.
  • a diesel engine (not shown), in particular a marine diesel engine, emits exhaust gas A into an exhaust pipe 4 via a compressor or turbocharger 2.
  • the exhaust pipe 4 is here in particular laid vertically or at a slight angle to the vertical.
  • the introduced exhaust gas A meets an injection nozzle direction 6 for a reducing agent r, for example for ammonia (NH 3 ) or in particular for urea in aqueous solution.
  • the mixture of exhaust gas A and reducing agent r then meets a mixing device 8, which is made in particular of a corrosion-resistant metal.
  • This mixing device is a so-called "static mixer” and can preferably be constructed according to EP 0 594 657. A good mixing or swirling takes place here.
  • the mixture of exhaust gas A and reducing agent r is then passed into an enlarged reaction space 10.
  • a sieve or protective grid 12 consists of a woven fabric of metal threads; its thickness d is, for example, between 2 mm and 4 mm.
  • a catalytic converter device 14 is installed, which in the present case consists of three modules of a DeNOx-CATalyser one above the other in levels I, II and III.
  • the exhaust gas A 'cleaned here is passed on via an outlet opening 18, for example discharged outdoors.
  • the protective grid 12 protects the mixing device 8, the injection device 6 and also the turbocharger 12 from falling off broken catalyst particles or lumps.
  • FIG. 2 largely corresponds to FIG. 1.
  • the metallic protective grille 12 is arranged between the injection device 6 and the mixing device 8, namely directly in front of its inflow surface.
  • the protective grid 12 and the mixing device 8 are integrated into one another and form a structural unit. In other words, they can be welded together.
  • the protective grille 12 protects both the injection device 6 and the turbocharger 2 against broken catalyst particles and against mixing blades that have broken away from the mixing device 6. Protection of the turbocharger 2 is thus also ensured here and thus prevents the diesel engine from being stopped.
  • an integration or combination of metallic protective grille 12 and metallic mixing device 8 is also provided. These two components 8, 12 can also be welded together again here.
  • the combination 8, 12 is here - as seen in the flow direction of the exhaust gas A - arranged in front of the injection device 6 for the reducing agent r, the protective grille 12 facing the turbocharger 2.
  • the protective grid 12 is therefore arranged on the side of the turbocharger 2. The arrangement is such that the injection device 6 lies in the turbulence area of the combination 8, 12.
  • the protective grille 12 and the mixing device 8 preferably form a unit that can be handled in a uniform manner.
  • an access opening (not shown), for example also a manhole, can expediently be arranged in the exhaust pipe 4 in the vicinity of the protective grille 12, this access opening in the vicinity of the protective grille 12 is useful in order to prevent falling particles , for example Quickly remove catalyst pieces, mixer pieces or nozzle parts.

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Abstract

Bei dieser Anlage sind in einem beispielsweise senkrecht angeordneten Abgasrohr (4) eine Eindüs-Einrichtung (6) für ein Reduktionsmittel (r), eine Misch-Einrichtung (8) und eine Katalysator-Einrichtung (14) angeordnet. Um zu verhindern, daß abgebrochene Partikel, insbesondere Katalysatorbrocken oder Flügel der Misch-Einrichtung (8), in Richtung Dieselmotor fallen, ist erfindungsgemäß ein feinmaschiges Schutzgitter (12) im Abgasrohr (4) vorgesehen. Dieses schützt den Turbolader (2), der in der Regel dem Dieselmotor nachgeschaltet ist. Das Schutzgitter (12) bildet mit der Misch-Einrichtung (8) bevorzugt eine einheitlich handhabbare Baueinheit.

Description

Beschreibung
7Λbgasreinigungsanlage für einen Dieselmotor
Die Erfindung bezieht sich auf eine ZΛnlage zur Reinigung von Abgas für einen Dieselmotor, bei der in einem Abgasrohr eine Eindüs-Einrichtung für ein Reduktionsmittel, eine Misch-Einrichtung und eine Katalysator-Einrichtung angeordnet sind. Die 7Λnlage kann insbesondere für einen Schiffs-Dieselmotor eingesetzt werden.
Eine Anlage der eingangs genannten Art wird unter der Bezeichnung SiNOx-Abgasreinigungssystem von der Firma Siemens AG, Berlin und München, Deutschland, vertrieben (Firmenbroschüre "SINOx Stickoxidminderung für stationäre Dieselmotoren", Bestell-Nr. A96001-U91-A232) .
Mit einer solchen Anlage kann die Stickoxid-Emission eines Dieselmotors drastisch reduziert werden. Die Funktionsweise des SiNOx-Abgasreinigungssystems basiert auf dem SCR-Verfah- ren (Selective Catalytic Reduction) . Dabei werden die Stickoxide des Abgases mit einem Reduktionsmittel, wie Ammoniak oder Harnstoff, im Abgasrohr vermischt, in einen Reaktorraum geleitet und dort an der Katalysator-Einrichtung zu den umweltfreundlichen Stoffen Wasserstoff und Stickstoff umgesetzt. Zur Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas wird ein statischer Mischer eingesetzt.
Ein solcher statischer Mischer ist beispielsweise aus der EP 0 594 657 bekannt. Er läßt sich insbesondere bei einer Abgasreinigungsanlage für das Abgas von Kraftwerken, aber auch von Dieselmotoren einsetzen. Er besitzt eine Anzahl von Umlenkelementen oder Flügeln, die zur Verwirbelung des strömenden Abgases dienen.
Die Abgasleitung kann insbesondere zwischen dem Turbolader (Verdichter) eines Dieselmotors und zwischen der Abgasreini- gungsanlage für die Stickoxid-Reinigung angeordnet sein. Es hat sich nun in der Praxis ergeben, daß bei Montagearbeiten oder bei Servicearbeiten an der Anlage Teile in das Abgasrohr hineinfallen können. Hierbei kann es sich um abgebrochene Teile aus der Katalysator-Einrichtung, aber auch um Flügel aus der Misch-Einrichtung handeln. Dadurch kann es vor allem bei einer senkrecht oder schräg verlegten Rohrleitung für das Abgas - die Abgasführung erfolgt dabei von unten nach oben - zu Schäden am Turbolader und damit zum Stillstand des Diesel- motors kommen. Die im Stand der Technik beschriebenen, hier bekannten Abgasreinigungsanlagen enthalten keinerlei Schutzvorrichtungen vor solchen herabfallenden Teilen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine An- läge der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß sie Schutz vor Teilen, insbesondere vor herabfallenden Teilen, gewährleistet. Falls das Abgasrohr von einem Turbolader des Dieselmotors ausgeht, soll insbesondere auch dieser Turbolader geschützt sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein feinmaschiges Schutzgitter im Abgasrohr.
Dieses Sieb oder Schutzgitter ist vorzugsweise mit der Misch- Einrichtung kombiniert. Das Schutzgitter und die Misch-Einrichtung, die in der Regel aus Metall bestehen, können dabei miteinander verschweißt sein, so daß sie eine relativ dünne Baueinheit ergeben. Als Misch-Einrichtung wird bevorzugt der eingangs erwähnte statische Mischer eingesetzt.
Das Schutzgitter sollte möglichst an der Anströmseite des Mischers eingebaut sein. Dann verhindert es nicht nur das Fallen von abgebrochenen Brocken der Katalysatoreinrichtung, sondern auch von abgebrochenen Flügeln des Mischers in Richtung auf den gegebenenfalls vorhandenen Turbolader und den Dieselmotor. Das Schutzgitter kann direkt an oder speziell direkt unterhalb der Katalysatoreinrichtung eingebaut sein. Falls ein Mischer vor der Eindüs-Einrichtung integriert ist, dann ist es sinnvoll, auch hier das Schutzgitter anzubringen.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß auch der gegebenenfalls vorhandene Turbolader vor im Abgasrohr vorhandenen Teilchen geschützt ist. Das feinmaschige Schutzgitter stellt in der Regel keinen zusätzlichen Druck- verlust dar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Darin sind verschiedene Varianten zur Anordnung des Schutzgitters im Abgasrohr einer Abgasreinigungsanlage für einen Dieselmotor (stationär oder beweglich) dargestellt. Es sind auch Kombinationen möglich. Für gleiche Bauteile sind in den Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigen im einzelnen:
FIG 1 eine Abgasreinigungsanlage mit einem Schutzgitter unmittelbar an der Anströmseite der Katalysator- Einrichtung,
FIG 2 eine Abgasreinigungsanlage mit einer Kombination von Misch-Einrichtung und Schutzgitter zwischen
Eindüs-Einrichtung und Katalysator-Einrichtung, sowie
FIG 3 eine Abgasreinigungsanlage mit einer Kombination von Misch-Einrichtung und Schutzgitter in Strömungsrichtung vor einer Eindüs-Einrichtung.
Gemäß Figur 1 gibt ein (nicht gezeigter) Dieselmotor, insbesondere ein Schiffs-Dieselmotor, Abgas A über einen Verdich- ter oder Turbolader 2 in ein Abgasrohr 4. Das Abgasrohr 4 ist hier speziell senkrecht oder leicht schräg zur Senkrechten verlegt. Das eingeleitete Abgas A trifft auf eine Eindüs-Ein- richtung 6 für ein Reduktionsmittel r, z.B. für Ammoniak (NH3) oder insbesondere für Harnstoff in wäßriger Lösung. Die Mischung aus Abgas A und Reduktionsmittel r trifft anschließend auf eine Misch-Einrichtung 8, die insbesondere aus einem korrosionsfesten Metall hergestellt ist. Diese Misch-Einrichtung ist ein sogenannter "statischer Mischer" und kann bevorzugt nach der EP 0 594 657 aufgebaut sein. Hier findet eine gute Durchmischung oder Verwirbelung statt. Die Mischung aus Abgas A und Reduktionsmittel r wird sodann in einen ver- größerten Reaktionsraum 10 geleitet. In diesem befindet sich ein Sieb oder Schutzgitter 12. Dieses Schutzgitter 12 besteht aus einem Gewebe von Metallfäden; seine Dicke d liegt beispielsweise zwischen 2 mm und 4 mm. Unmittelbar danach ist eine Katalysator-Einrichtung 14 eingebaut, die vorliegend aus drei in Ebenen I, II und III übereinander liegenden Modulen eines DeNOx-KAtalysators besteht. Das hier gereinigte Abgas A' wird über eine Auslaßöffnung 18 weitergeleitet, beispielsweise ins Freie abgegeben.
Aus Figur 1 wird deutlich, daß das Schutzgitter 12 die Misch- Einrichtung 8, die Eindüs-Einrichtung 6 und auch den Turbolader 12 vor herabfallenden abgebrochenen Katalysator-Teilchen oder -Brocken schützt.
Figur 2 entspricht weitgehend Figur 1. Jedoch ist hier das metallische Schutzgitter 12 zwischen der Eindüs-Einrichtung 6 und der Misch-Einrichtung 8, und zwar unmittelbar vor deren Anströmfläche, angeordnet. Aus Figur 2 wird auch deutlich, daß das Schutzgitter 12 und die Misch-Einrichtung 8 ineinan- der integriert sind und eine Baueinheit bilden. Mit anderen Worten: Sie können miteinander verschweißt sein. In dieser Variante schützt das Schutzgitter 12 sowohl die Eindüs-Einrichtung 6 als auch den Turbolader 2 vor abgebrochenen Katalysatorteilchen und vor Mischflügeln, die von der Misch-Ein- richtung 6 abgebrochen sind. Auch hier ist also ein Schutz des Turboladers 2 gewährleistet und damit ein Stillsetzen des Dieselmotors verhindert. Auch bei der Abgasreinigungsanlage nach Figur 3 ist eine Integration oder Kombination von metallischem Schutzgitter 12 und metallischer Misch-Einrichtung 8 vorgesehen. Diese beiden Bauteile 8, 12 können auch hier wieder miteinander ver- schweißt sein. Die Kombination 8, 12 ist hier - in Strömungsrichtung des Abgases A gesehen - vor der Eindüs-Einrichtung 6 für das Reduktionsmittel r angeordnet, wobei das Schutzgitter 12 dem Turbolader 2 zugewandt ist. Das Schutzgitter 12 ist also auf der Seite des Turboladers 2 angeordnet. Die Anord- nung ist so getroffen, daß die Eindüs-Einrichtung 6 im Turbolenzbereich der Kombination 8, 12 liegt. Auch hier bilden das Schutzgitter 12 und die Misch-Einrichtung 8 wiederum bevorzugt eine einheitlich handhabbare Baueinheit.
Abschließend soll noch erwähnt werden, daß bei allen Ausführungsformen zweckmäßigerweise im Abgasrohr 4 in der Nähe des Schutzgitters 12 eine Zugangsöffnung (nicht gezeigt) , beispielsweise auch ein Mannloch, angeordnet sein kann, diese Zugangsöffnung in der Nähe des Schutzgitters 12 ist sinnvoll, um herabgefallene Teiule, also z.B. Katalysatorstücke, Mischerstücke oder Düsenteile, schnell zu entfernen.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur Reinigung von Abgas (A) für einen Dieselmotor, bei der in einem Abgasrohr (4) eine Eindüs-Einrichtung (6) für ein Reduktionsmittel (r) , eine Misch-Einrichtung (8) und eine Katalysator-Einrichtung (14) angeordnet sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein feinmaschiges Schutzgitter (12) im Abgasrohr (4) .
2. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schutzgitter (12) mit der Misch-Einrichtung (8) kombiniert ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schutzgitter (12) an der Anströmseite der Misch-Einrichtung (8) fest angeordnet ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schutzgitter (12) - in Strömungsrichtung des Abgases (A) gesehen - hinter oder vor der Eindüs-Einrichtung (6) angeordnet ist (Fig. 2 bzw. 3) .
5. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schutzgitter (12) direkt an der Anströmseite der Katalysator- Einrichtung (14) fest angeordnet ist (Fig. 1).
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abgasrohr (4) vertikal oder schräg zur Vertikalen verlegt ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abgasrohr (4) an einen Turbolader (2) angeschlossen ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schutzgitter (12) aus einem Gewebe von Metallfäden besteht.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke (d) des Schutzgitters (12) zwischen 2 mm und 4 mm liegt.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Katalysator-Einrichtung (14) mehrere Ebenen (I, II, III) umfaßt.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ihre Anwendung bei einem Schiffs-Dieselmotor.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Abgasrohr (4) in der Nähe des Schutzgitters (12) eine Zugangsöffnung vorgesehen ist.
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