PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE TRATAMIENTO DEL GAS DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Dispositivo (15) de tratamiento del gas de escape de un motor de combustión interna,

que comprende al menos: - un evaporador (16) de solución de agente reductor, - un catalizador de hidrólisis (17) unido con el evaporador (16) de la solución de agente reductor y destinado a hidrolizar especialmente urea a amoniaco, y - un catalizador SCR (18) para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno, en donde el evaporador (16) de la solución de agente reductor comprende una unidad de evaporador (12) para proporcionar una mezcla de sustancias gaseosas que comprende al menos una de las sustancias siguientes: a) al menos un precursor de agente reductor y b) un agente reductor, en donde se puede evaporar con la unidad de evaporador (12) una solución acuosa (45) que comprende al menos un precursor de agente reductor, estando formado el catalizador SCR (18) en la tubería de gas de escape (14), caracterizado porque el evaporador (16) de la solución de agente reductor y el catalizador de hidrólisis (17) están formados por fuera de la tubería de gas de escape (14) y se pueden unir con ésta, estando formado aguas abajo del catalizador de hidrólisis (17) un aislamiento térmico (72) que impide un contacto térmico del catalizador de hidrólisis (17) con la tubería de gas de escape (14)

Procedimiento y dispositivo de tratamiento del gas de escape de un motor de combustión interna.

Son objeto de la presente invención un procedimiento y un dispositivo de tratamiento del gas de escape de un motor de combustión interna, en los que se reduce el contenido de óxidos de nitrógeno en el gas de escape del motor de combustión interna por medio de una reducción catalítica selectiva.

El gas de escape de motores de combustión interna presenta sustancias cuya emisión al medio ambiente es poco deseable. Por ejemplo, en muchos países los óxidos de nitrógeno (NOx) solamente podrán estar contenidos hasta un cierto valor límite en el gas de escape de motores de combustión interna. Aparte de medidas internas al motor, con las cuales se puede reducir la emisión de óxidos de nitrógeno mediante una elección de un punto de funcionamiento adecuado del motor de combustión interna, se han establecido métodos de tratamiento posterior con los cuales es posible una disminución adicional de las emisiones de óxidos de nitrógeno.

Una posibilidad para reducir aún más la emisión de óxidos de nitrógeno es la llamada reducción catalítica selectiva (SCR, selective catalitic reduction) . En este caso, se efectúa una reducción selectiva de los óxidos de nitrógeno a nitrógeno molecular (N2) utilizando un agente reductor de acción selectiva. Un posible agente reductor es el amoniaco (NH3) . El amoniaco no se almacena aquí frecuentemente en forma de amoniaco, sino que más bien se guarda en stock un precursor de amoniaco que, en caso necesario, se convierte en amoniaco. Posibles precursores de amoniaco son, por ejemplo, urea ( (NH2) 2CO) , carbamato de amonio, ácido isociánico (HCNO) , ácido cianúrico y similares.

En particular, la urea ha demostrado ser sencilla de almacenar. Preferiblemente, se almacena la urea en forma de una solución acuosa de urea. La urea y especialmente la solución acuosa de urea son sanitariamente inocuas y se pueden distribuir y guardar de manera sencilla. Bajo el nombre “AdBlue” se comercializa ya una solución acuosa urea de esta clase.

Se conoce por el documento DE 199 13 462 A1 un procedimiento en el que se introduce dosificadamente una solución acuosa de urea, aguas arriba de un catalizador de hidrólisis, en una corriente parcial de un gas de escape de un motor de combustión interna. La introducción dosificada se efectúa aquí en forma de gotas. Debido al choque de las gotas con el catalizador de hidrólisis se producen una hidrólisis y una termólisis de la urea a amoniaco que se utiliza como agente reductor en un catalizador SCR colocado aguas abajo. El procedimiento aquí descrito presenta la desventaja de que el catalizador de hidrólisis es enfriado por la evaporación de la solución acuosa de urea. Particularmente cuando se necesitan grandes cantidades de amoniaco, se puede producir así al menos en zonas del catalizador de hidrólisis un enfriamiento tan fuerte que la reacción de hidrólisis ya no se desarrolla aquí o ya no se desarrolle completamente. Asimismo, debido al fuerte enfriamiento localmente discontinuo del catalizador de hidrólisis que se origina a consecuencia de la evaporación de las gotas individuales se pueden producir un daño de esta componente y especialmente un desprendimiento de un revestimiento catalíticamente activo.

Partiendo de esto, la presente invención se basa en el problema de proponer un procedimiento y un dispositivo con los cuales se puedan al menos mitigar las desventajas conocidas por el estado de la técnica.

Este problema se resuelve por medio de un dispositivo y un procedimiento con las características de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las respectivas reivindicaciones subordinadas.

El dispositivo según la invención para el tratamiento del gas de escape de un motor de combustión comprende al menos:

- una unidad de evaporador,

El documento DE 102 06 028 A1 se dirige a un procedimiento de producción de amoniaco y su subsiguiente alimentación como agente reductor a una tubería de gas de escape, en donde se aprovecha regularmente el contenido de calor del gas de escape para la descomposición térmica de la urea. Asimismo, se explica que la corriente de gas de escape parcial es derivada de la corriente principal de gas de escape y aportada al reactor para la hidrólisis que allí se realiza. El contenido de calor del gas de escape se aprovecha para controlar la reacción de transformación del agente reductor.

- un catalizador de hidrólisis para la hidrólisis de especialmente urea a amoniaco y

- un catalizador SCR para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno (NOx) .

El evaporador de la solución de agente reductor comprende una unidad de evaporador para proporcionar una mezcla de sustancias gaseosas que comprende al menos una de las sustancias siguientes:

a) al menos un precursor de agente reductor y b) un agente reductor.

Por medio de la unidad de evaporador se puede evaporar una solución acuosa que comprende al menos un precursor de agente reductor. El catalizador SCR está formado en la tubería de gas de escape, mientras que el evaporador de la solución de agente reductor y el catalizador de hidrólisis están formados fuera de la tubería del gas de escape y se pueden unir con ésta. Delante del catalizador SCR puede estar formado un filtro de partículas que, en funcionamiento, pueda ser atravesado también por la corriente de gas del catalizador de hidrólisis que contiene agente reductor.

Esto significa que, en funcionamiento, el catalizador SCR es atravesado regularmente por gas de escape, mientras que esto no ocurre normalmente en el catalizador de hidrólisis ni en el evaporador de la solución de agente reductor. Estos últimos están configurados de modo que pueden unirse con la tubería de gas de escape para que una mezcla de sustancias gaseosas que comprende un agente reductor pueda ser introducida en la tubería del gas de escape, pero a lo sumo pequeñas cantidades de gas de escape puedan penetrar en el catalizador de hidrólisis y/o en el evaporador de la solución de agente reductor. Se prefiere un precursor de agente reductor consistente en urea como precursor del agente reductor consistente en amoniaco.

En sistemas usuales conocidos por el estado de la técnica el catalizador de hidrólisis es atravesado también al menos por una parte del gas de escape. Esto implica que, debido al gran caudal másico del gas de escape, un catalizador de hidrólisis de esta clase tiene que presentar un cierto volumen, a menudo medio litro y más, y una cierta superficie que se pueda aprovechar para la reacción catalítica. Este volumen y esta superficie pueden resultar netamente más pequeños en un catalizador de hidrólisis según la presente invención, ya que éste tiene que concebirse únicamente tan grande que pueda convertir la cantidad máxima necesaria de precursor de agente reductor en la solución acuosa evaporada. En este caso, los caudales másicos a través del catalizador de hidrólisis son netamente más pequeños.

En la unidad de evaporador se efectúa, en funcionamiento, una evaporación de la solución acuosa de urea. Esta solución acuosa de urea puede contener también otras sustancias que provoquen, por ejemplo, una reducción del punto de congelación de esta solución. En este caso, pueden estar contenidos en la solución especialmente ácido fórmico y/o formiato de amonio. La unidad de evaporador está configurada aquí de modo que, en funcionamiento, se efectúe al menos una evaporación de la solución acuosa de urea. Según el ajuste de la temperatura correspondiente y de la cantidad correspondiente de solución acuosa de urea con la que se carga la unidad de evaporador, se tiene que, aparte de la evaporación pura de la solución acuosa de urea, se puede producir ya también una termólisis al menos parcial de la urea a amoniaco. El evaporador de la solución de agente reductor está formado aguas arriba del catalizador de hidrólisis y éste está formado aguas arriba del catalizador SCR, de modo que, en funcionamiento, la solución acuosa evaporada, que comprende un precursor de agente reductor y/o un agente reductor, circula desde el evaporador de la solución de agente reductor hasta el catalizador de hidrólisis, en donde se efectúa una hidrólisis al menos parcial para obtener el agente reductor. Sale del catalizador de hidrólisis una mezcla gaseosa que comprende al menos agente reductor. Esta mezcla gaseosa se conduce al catalizador SCR y sirve allí como agente reductor... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (15) de tratamiento del gas de escape de un motor de combustión interna, que comprende al menos:

- un evaporador (16) de solución de agente reductor,

- un catalizador de hidrólisis (17) unido con el evaporador (16) de la solución de agente reductor y destinado a hidrolizar especialmente urea a amoniaco, y

- un catalizador SCR (18) para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno,

en donde el evaporador (16) de la solución de agente reductor comprende una unidad de evaporador (12) para proporcionar una mezcla de sustancias gaseosas que comprende al menos una de las sustancias siguientes:

a) al menos un precursor de agente reductor y b) un agente reductor, en donde se puede evaporar con la unidad de evaporador (12) una solución acuosa (45) que comprende al menos un precursor de agente reductor, estando formado el catalizador SCR (18) en la tubería de gas de escape (14) , caracterizado porque el evaporador (16) de la solución de agente reductor y el catalizador de hidrólisis (17) están formados por fuera de la tubería de gas de escape (14) y se pueden unir con ésta, estando formado aguas abajo del catalizador de hidrólisis (17) un aislamiento térmico (72) que impide un contacto térmico del catalizador de hidrólisis (17) con la tubería de gas de escape (14) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la unidad de evaporador (12) está unida con un depósito (20) para la solución acuosa (45) a través de una tubería de transporte (6) , estando unidas la tubería de transporte (6) y la unidad de evaporador (12) una con otra a través de una unidad de unión (11) .

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la unidad de unión (11) está formada al menos parcialmente por un material con una conductividad calorífica de menos de 10 W/m K (vatios por metro y Kelvin) .

4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, en el que la unidad de unión (11) está constituida por al menos un material que comprende al menos uno de los materiales siguientes:

a) un material cerámico y b) politetrafluoretileno (PTFE) .

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la unidad de unión (11) está construida de modo que, a lo largo de un tramo de la unidad de unión (11) , se puede mantener un gradiente de temperatura de 40 K/mm (Kelvin por milímetro) y más.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos uno de los componentes siguientes presenta un revestimiento que cataliza la hidrólisis de urea:

a) al menos partes de la unidad de unión (11) ; b) al menos partes de una tubería de aportación (2) para aportar la mezcla de sustancias gaseosas al catalizador de hidrólisis (17) ;

c) al menos partes de la unidad de evaporador (12) ;

d) al menos partes de una tubería de dosificación (21) para aportar el agente reductor producido al sistema de gas de escape; y e) al menos partes de una unidad de aportación (46) con la que el catalizador de hidrólisis (17) puede ser unido con la tubería de gas de escape (14) .

7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el aislamiento térmico (72) está formado en posición directamente adyacente al catalizador de hidrólisis (17) .

8. Procedimiento de tratamiento del gas de escape de un motor de combustión interna, que comprende los pasos siguientes:

a) habilitación de una mezcla de sustancias gaseosas que comprende al menos una de las sustancias siguientes: a1) un agente reductor y a2) al menos un precursor de agente reductor;

b) hidrólisis del al menos un precursor de agente reductor en un catalizador de hidrólisis (17) , obteniéndose una mezcla de sustancias de agente reductor (35) ;

c) solicitación de un catalizador SCR (18) , dispuesto en la tubería de gas de escape (14) , con la mezcla de 5 sustancias de agente reductor (35) y con el gas de escape (14) para la reducción catalítica selectiva al menos parcial de óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape, en donde, después del paso b) , se efectúa un mezclado de la mezcla de sustancias de agente reductor (35) con al menos partes del gas de escape (14) y en donde se impide un contacto térmico del catalizador de hidrólisis (17) y la tubería de gas de escape por medio de un aislamiento térmico (72) dispuesto aguas abajo del catalizador de hidrólisis (17) .

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el paso a) comprende una evaporación, en una unidad de evaporador (12) , de una solución acuosa (45) que comprende al menos un precursor de agente reductor.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que se regula la temperatura de al menos uno de los componentes siguientes: 15 a) al menos de partes de la unidad de evaporador (12) ; b) del catalizador de hidrólisis (17) ; c) de una tubería de transporte (6) para transportar la solución acuosa (45) hasta la unidad de evaporador (12) ; d) una tubería de aportación (2) para aportar la mezcla de sustancias gaseosas al catalizador de hidrólisis (17) ; e) una tubería de dosificación (21) para aportar el agente reductor producido al sistema de gas de escape; y f) una tubería de aportación (46) por medio de la cual el catalizador de hidrólisis (17) puede ser puesto en unión reotécnica con una tubería de gas de escape (14) del motor de combustión interna.