DISPOSITIVO PARA LA REDUCCION DE LOS OXIDOS NITRICOS EN LOS GASES DE ESCAPE DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA.

Dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna con un reactor (10) de termolisis para producir amoniaco a partir de una urea sólida,

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

Dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna.

El invento se refiere a un dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna. El dispositivo se presta en especial para su utilización en vehículos de motor, en especial en vehículos de motor con motores Diésel.

En el documento EP 1 338 562 se describe un procedimiento para la obtención de amoniaco. En él se descompone urea seca en un reactor con calefacción eléctrica en amoniaco y ácido isociánico. Para la hidrólisis del ácido isociánico en amoniaco se dispone detrás del reactor un catalizador de hidrólisis. El reactor de termolisis y el catalizador de hidrólisis están integrados en este caso en una sola unidad. El agua necesaria para la hidrólisis es aportada al catalizador de hidrólisis por medio de un chorro relativamente pequeño de gases de escape. El chorro parcial de gases de escape es derivado del chorro de gases de escape y tiene que ser limitado de tal modo, que, en todos los estados de funcionamiento del motor de combustión interna se disponga de una cantidad de agua suficiente para la hidrólisis. Las cantidades adicionales de gas de escape darían lugar a un enfriamiento del reactor de termolisis, respectivamente exigirían una potencia de calefacción adicional. Para que en las diferentes zonas de funcionamiento del motor de combustión interna se pueda aportar al reactor de hidrólisis una cantidad suficiente de gas de escape es ventajosa una válvula regulable en la tubería de derivación por la que circula el chorro de gas de escape. Además, es necesario adaptar el chorro de gas de escape para cada motor de combustión interna a todos los estados estacionarios y no estacionarios de marcha. Esto da lugar a un coste considerable de aplicación. Con un chorro de gas de escape demasiado pequeño se producen después de un tiempo pequeño sedimentos en la tubería, que conduce del reactor al canal de gases de escape y a través de la que se aportan a los gases de escape el amoniaco y otros productos de reacción.

Además, el dispositivo descrito en el documento EP 1 338 562 posee el inconveniente de que en el recinto del motor es preciso prever un espacio correspondiente. Además, en este dispositivo es necesario un catalizador de hidrólisis especial, que se tiene que conectar inmediatamente a continuación del reactor de termolisis. Los inconvenientes del reactor descrito en el documento E 1 338 562 dan lugar a que un reactor de esta clase sea caro.

Además, a través del documento DE 197 737 A1 se conocen un catalizador así como un tubo de gases de escape de un motor de combustión interna, poseyendo el catalizador tanto actividad de hidrólisis para la transformación de un medio de reducción en amoniaco, como también una actividad SCR para la degradación de los óxidos nítricos. A este catalizador se aporta una solución acuosa de urea sin realizar previamente una termolisis. Con este método no es posible garantizar la transformación fiable de la fracción de solución de urea necesaria en amoniaco, ya que no se utiliza un reactor de termolisis.

También se conocen dispositivos para la obtención de amoniaco a partir de urea líquida. Sin embargo, estos poseen, debido a su principio, inconvenientes, de manera, que dificultan la reducción fiable de los óxidos nítricos de los gases de escape. Entre los inconvenientes de los sistemas de urea líquida se halla por ejemplo el hecho de que la solución acuosa de urea se congela con temperaturas exteriores inferiores a aproximadamente -11ºC, de manera, que es preciso calentar el sistema antes de su puesta en marcha. Esto eleva los costes del sistema y puede mermar el funcionamiento del sistema. Esta problemática no surge en los sistemas con urea sólida. Además, un sistema con urea sólida posee frente a un sistema con urea líquida mejores propiedades de arranque en frío. Esto se debe a que la termolisis de la urea tiene lugar en un sistema con urea sólida con independencia de la temperatura de los gases de escape en un reactor de termolisis calentado por separado. Este puede alcanzar antes la temperatura mínima necesaria para la termolisis completa de la urea.

Además, los sistemas con urea líquida no pueden satisfacer los requerimientos desde el punto de vista del peso y del espacio necesario. La urea sólida requiere para producir una masa de amoniaco comparable, por ejemplo con forma de bolitas, sólo aproximadamente un tercio del volumen de almacenamiento y también aproximadamente un tercio de la masa almacenada en comparación con una solución acuosa de urea. Esto posee una importancia grande para el espacio necesario en un vehículo y para el sobrepeso, respectivamente para la distancia, que se puede recorrer con una carga de urea.

Otros inconvenientes resultan del comportamiento corrosivo de una solución acuosa de urea frente a algunos materiales así como de la inestabilidad de la solución acuosa de urea, que después de algunos mesas puede tender a la formación de cristales, de modo, que se reduce el funcionamiento del sistema. Por las razones expuestas se prefiere en principio la utilización de sistemas con urea sólida en lugar de los sistemas con urea líquida.

El objeto del invento es crear una construcción más sencilla y más barata de un dispositivo para la reducción de los óxidos nítricos en los gases de escape de motores de combustión interna, en especial en los motores de combustión interna de vehículos de motor.

La solución de este problema tiene lugar según el invento con un dispositivo según la reivindicación 1.

El dispositivo según el invento para la reducción de los óxidos nítricos posee un reactor de termolisis para la producción de amoniaco a partir de urea sólida en el que, a partir de una sustancia sólida generadora de amoniaco, se obtiene amoniaco por medio de la aportación de calor. En el caso de la sustancia se trata de urea en forma sólida. Sin embargo, también se pueden utilizar otros productos apropiados. La urea sólida se presenta en este caso en especial como pellets o bolitas y se aporta al reactor de termolisis de manera dosificada, respectivamente individualizada. En el documento DE 102 51 498 se describe un dispositivo de dosificación correspondiente. Según el invento de prevé la utilización de urea sólida o de otras sustancias sólidas apropiadas, ya que el almacenamiento en un depósito correspondiente es más sencillo y seguro. Para el calentamiento de una cámara de termolisis prevista en el reactor de termolisis se conecta un dispositivo de calefacción con el reactor de termolisis.

Un aspecto esencial de invento es que el reactor de termolisis está dispuesto en/o junto al canal de gases de escape. Con ello, el reactor de termolisis está dispuesto en una forma de ejecución inmediatamente adyacente al canal de gases de escape. Esto tiene la ventaja de que la temperatura de los gases de escape es aprovechada para el calentamiento del reactor de termolisis. En otra forma de ejecución, el reactor de termolisis también puede penetrar parcialmente en el canal de gases de escape. En una forma de ejecución especialmente preferida se dispone el reactor de termolisis en su totalidad en el interior del canal de gases de escape. Esto tiene la ventaja de que se puede reducir la potencia del dispositivo de calefacción, ya que en el caso del dispositivo de calefacción sólo se trata de un dispositivo de calefacción auxiliar para llevar el reactor de termolisis hasta la temperatura de reacción, con preferencia en todos los estados de funcionamiento del motor de combustión interna.

En la obtención de amoniaco a partir de urea se produce ácido isociánico como producto secundario. Este se puede transformar en amoniaco por medio de una hidrolisis. Por ello, según el invento el reactor de termolisis está dispuesto en el canal de gases de escape en el sentido de circulación delante del catalizador previsto para la reducción del nitrógeno. En el caso del catalizador se trata en especial de un catalizador SCR. El amoniaco procedente del reactor de termolisis así como los restantes productos de reacción, que se forman eventualmente, en especial el ácido isociánico, penetran por lo tanto junto con los gases de escape en el catalizador SCR. Dado que por medio de los gases de escape se aporta siempre al catalizador CSR una cantidad suficiente de agua tiene lugar en el catalizador SCR la hidrólisis del ácido isociánico en amoniaco. Por lo tanto, según el invento se utiliza el catalizador SCR adicionalmente como reactor de hidrólisis. No es necesario un catalizador de...

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

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (17) de calefacción se construye como dispositivo eléctrico de calefacción.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque delante del reactor (10) de termolisis se dispone en el sentido (28) de circulación un catalizador (30) de oxidación.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis se dispone en la inmediata proximidad del catalizador (30) de oxidación, de manera, que el calentamiento del reactor de termolisis se produce con el calor de reacción generado en el catalizador (30) de oxidación.

5. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está acoplado térmicamente con el catalizador (30) de oxidación.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis está dispuesto al menos en parte en el interior del catalizador (30) de oxidación.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el reactor (10) de termolisis posee una superficie (38) de calefacción dispuesta esencialmente perpendicular al sentido (28) de circulación del chorro de gases de escape.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque el dispositivo (40) de calefacción posee un dispositivo (40) de aportación de carburante para la aportación de carburante al catalizador de oxidación.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo (40) de aportación de carburante posee una tobera (42) de inyección dispuesta en especial delante, en el sentido (28) de circulación, del catalizador (30) de oxidación.

10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la aportación de carburante esencialmente sólo tiene lugar en una zona (48) parcial del catalizador (30) de oxidación, siendo esta zona (48) parcial con preferencia inmediatamente adyacente al reactor (10) de termolisis.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el catalizador (30) de oxidación posee en la zona (48) parcial un recubrimiento adicional.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque entre el reactor (10) de termolisis y el catalizador (34) se prevé un dispositivo (32) de mezcla.