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

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Verfahren nach Anspruch 4 und durch eine Verwendung nach Anspruch 5 gelöst.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] Das nachfolgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.

[0018] Es zeigen:

Figur 1

eine skizzenhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen rohrförmigen Vorrichtung.

Figur 2

eine skizzenhafte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen rohrförmigen Vorrichtung.

[0019] In Figur 1 ist skizzenhaft eine erfindungsgemäße rohrförmige Vorrichtung zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen dargestellt.

[0020] 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.

[0021] Bei Einsatz einer solchen Vorrichtung wird entsprechendes Dieselabgas axial in die rohrförmige Vorrichtung (Filterkerze) eingeführt und radial über den 2. Filter abgelassen.

[0022] In Figur 2 ist skizzenhaft eine weitere erfindungsgemäße rohrförmige Vorrichtung zum Entfernen von Rußteilchen in Abgasströmen dargestellt.

[0023] 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.

Ansprüche

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.

Claims

1. Tubular apparatus for trapping and incinerating particulates in exhaust gas flows, especially diesel exhaust particulates, with a catalyst and a filter, and with a catalyst lowering the particulate ignition temperature applied as a coating on a first filter (1 ), wherein a second filter (2) at least partly surrounds the first filter (1) in the longitudinal direction and/or radially so that particulate-laden exhaust gas is led through the first filter (1 ), the particulates are trapped at the first filter (1 ) and at the second filter (2), and the exhaust gas is simultaneously conditioned at the first filter (1) for the incineration of the particulates trapped at the first and second filters (1, 2), wherein the second filter (2) is coated with a further substance lowering the particulate ignition temperature and/or with the catalyst conditioning the exhaust gas.

2. Apparatus according to Claim 1, characterized in that the first filter (1) is a wire-mesh filter.

3. Apparatus according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the second filter (2) consists of a ceramic or metallic mesh, woven or nonwoven fabric, fibrous mass, or sintered compact.

4. Method for removing particulates from exhaust gas flows, especially diesel exhaust gases, by means of a tubular apparatus, wherein the particulates are deposited on a filter, wherein

(a) particulate-laden exhaust gas is led through a first filter (1) coated with a catalyst lowering the particulate ignition temperature,

(b) the particulates are trapped at the first, and at a second, filter (1, 2),

(c) the exhaust gas is simultaneously conditioned with the aid of the catalyst for the incineration of the particulates trapped at the first and second filters (1, 2), the second filter (2) at least partly surrounding the first filter (1) radially in the longitudinal direction, and

(d) the second filter (2) is coated with a further substance lowering the particulate ignition temperature and/or with the catalyst conditioning the exhaust gas.

5. Use of an apparatus according to any one of Claims 1 to 3 for removing particulates from exhaust gas flows, especially diesel exhaust gases.

6. Use according to Claim 5 wherein the exhaust gas flows involved are sulphur-laden diesel exhaust gases yielded by combustion of fuel with a maximum sulphur concentration of 500 ppm.

Revendications

1. Dispositif de forme tubulaire destiné à la séparation et à la combustion de particules de suies dans des écoulements ou courants de gaz d'échappement, notamment des suies de moteurs Diesel, comprenant un réacteur ou pot catalytique et un filtre, dans lequel un catalyseur abaissant la température du point d'inflammation des suies en tant que revêtement est appliqué sur un premier filtre (1), un second filtre (2) entourant au moins partiellement dans la direction longitudinale et/ou radialement le premier filtre (1), de façon à ce que du gaz d'échappement contenant des particules de suies soit mené à travers le premier filtre (1), les particules de suies étant à cette occasion séparées dans le premier filtre (1) et le second filtre (2), et le gaz d'échappement étant simultanément conditionné au niveau du premier filtre (1) pour produire la combustion des particules de suies séparées dans le premier et le second filtre (1, 2), et le second filtre (2) étant revêtu par une autre substance abaissant le point d'inflammation des suies et/ou par le catalyseur conditionnant le gaz d'échappement.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier filtre (1) est un filtre en une tresse ou un tricot de fil métallique.

3. Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que le second filtre (2) est constitué par un tricot ou une tresse, un tissage, un feutre, un corps de fibres ou de frittage, céramique ou métallique.

4. Procédé pour éliminer des particules de suies dans des écoulements ou courants de gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs Diesel, au moyen d'un dispositif de forme tubulaire, les particules de suies étant en dépôt sur un filtre, procédé d'après lequel

a) on fait passer du gaz d'échappement contenant des particules de suies, à travers un premier filtre (1) revêtu d'un catalyseur abaissant la température du point d'inflammation des suies,

b) les particules de suies étant à cette occasion séparées au niveau du premier et du second filtre (1, 2),

c) simultanément, on conditionne le gaz d'échappement à l'aide du catalyseur, pour produire la combustion des particules de suies ayant été séparées au niveau du premier et du second filtre (1, 2), le second filtre (2) entourant au moins partiellement dans la direction longitudinale et radialement le premier filtre (1), et

d) le second filtre (2) est revêtu par une autre substance abaissant le point d'inflammation des suies et/ou par le catalyseur conditionnant le gaz d'échappement.

5. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 pour l'élimination de particules de suies dans des écoulements ou courants de gaz d'échappement, notamment de gaz d'échappement de moteurs Diesel.

6. Utilisation selon la revendication 5, les écoulements ou courants de gaz d'échappement étant des gaz d'échappement de moteurs Diesel, qui ont une teneur en souffre et qui sont issus d'une combustion d'un carburant avec une concentration maximale de souffre de 500 ppm.

Zeichnung