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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE10120097 B4
Publication typeGrant
Application numberDE2001120097
Publication date21 Jul 2005
Filing date25 Apr 2001
Priority date25 Apr 2001
Also published asDE10120097A1, US6698190, US20020170286
Publication number01120097, 2001120097, DE 10120097 B4, DE 10120097B4, DE-B4-10120097, DE01120097, DE10120097 B4, DE10120097B4, DE2001120097
InventorsAndreas Dr.-Ing. Docter, Andreas Dipl.-Ing. Kaupert (FH), Bernd Dr.Rer.Nat. Krutzsch, Arnold Dr. Lamm, Bernhard Dipl.-Ing. Vogel, Steffen Oliver Dipl.-Ing. Wieland
ApplicantDaimlerchrysler Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Abgasreinigungsanlage und Verfahren zum Betreiben der Anlage Emission control system and method of operating the system translated from German
DE 10120097 B4
Abstract  translated from German
Abgasreinigungsanlage in einem Fahrzeug, wobei ein Reformierungsreaktor (1) zur Extraktion von Wasserstoff aus Kraftstoff vorgesehen ist und der Wasserstoff einem Abgasstrom einer Abgasleitung (4) einer Brennkraftmaschine (2) stromauf eines Abgaskatalysators (3) zuführbar ist, wobei der Reformierungsreaktor (1) eine Zuführeinrichtung (6) für Sauerstoff und/oder Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformierungsreaktor (1) mit einem Nebenzweig (5) der Abgasleitung (4) verbunden ist und Sauerstoff und/oder Wasser zur Reformierung in Form eines Abgasteilstroms über den Nebenzweig (5) zuführbar sind und Heizmittel (10) zur Erwärmung des Reformierungsreaktors (1) vorgesehen sind. An exhaust gas purification system of an internal combustion engine (2) upstream of a catalytic converter (3) can be fed in a vehicle, wherein a reforming reactor (1) for the extraction of hydrogen is provided from fuel and the hydrogen an exhaust gas flow of an exhaust gas line (4), wherein the reforming reactor (1) a feeding means (6) for oxygen and / or water, characterized in that the reforming reactor (1) comprising a secondary branch (5) of the exhaust conduit (4) is connected and oxygen and / or water for reforming in the form of a partial exhaust gas stream through the secondary branch ( 5) can be fed and heating means (10) for heating the reforming reactor (1) are provided.
Claims(15)  translated from German
  1. Abgasreinigungsanlage in einem Fahrzeug, wobei ein Reformierungsreaktor ( Emission control system in a vehicle, a reforming reactor ( 1 1 ) zur Extraktion von Wasserstoff aus Kraftstoff vorgesehen ist und der Wasserstoff einem Abgasstrom einer Abgasleitung ( ) Is provided for extraction of hydrogen from the hydrogen fuel and an exhaust gas flow of an exhaust gas conduit ( 4 4 ) einer Brennkraftmaschine ( ) Of an internal combustion engine ( 2 2 ) stromauf eines Abgaskatalysators ( ) Upstream of a catalytic converter ( 3 3 ) zuführbar ist, wobei der Reformierungsreaktor ( Is) supplied, wherein the reforming reactor ( 1 1 ) eine Zuführeinrichtung ( ) A feed ( 6 6 ) für Sauerstoff und/oder Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass der Reformierungsreaktor ( ) For oxygen and / or water, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) mit einem Nebenzweig ( ) With a secondary branch ( 5 5 ) der Abgasleitung ( ) Of the exhaust pipe ( 4 4 ) verbunden ist und Sauerstoff und/oder Wasser zur Reformierung in Form eines Abgasteilstroms über den Nebenzweig ( ) And oxygen and / or water for reforming in the form of a partial exhaust gas stream through the secondary branch ( 5 5 ) zuführbar sind und Heizmittel ( ) Are fed and heating means ( 10 10 ) zur Erwärmung des Reformierungsreaktors ( ) For heating the reforming reactor ( 1 1 ) vorgesehen sind. ) Are provided.
  2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reformierungsreaktor ( Exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) Mittel zugeordnet sind, um das Verhältnis (φ) von Sauerstoff zu Kraftstoff im Reformierungsreaktor ( ) Means are associated to the ratio (φ) of oxygen to fuel in the reforming reactor ( 1 1 ) einzustellen. ) Set.
  3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff abhängig vom Sauerstoffgehalt des Abgasstroms im Nebenzweig ( Exhaust gas purification system according to claim 2, characterized in that fuel is dependent on the oxygen content of the exhaust stream in the auxiliary branch ( 5 5 ) der Abgasleitung ( ) Of the exhaust pipe ( 4 4 ) in den Reformierungsreaktor ( ) Into the reforming reactor ( 1 1 ) zudosierbar ist. ) Is metered.
  4. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenzweig ( An exhaust gas purification system according to one of the preceding claims, characterized in that in the secondary branch ( 5 5 ) ein Sauerstoffsensor ( ), An oxygen sensor ( 12 12 ) vorgesehen ist. ) Is provided.
  5. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zuführleitung ( An exhaust gas purification system according to one of the preceding claims, characterized in that in a feed line ( 9 9 ) für Kraftstoff in den Reformierungsreaktor ( ) For fuel in the reforming reactor ( 1 1 ) ein Massenstromsensor ( ), A mass flow sensor ( 12' 12 ' ) vorgesehen ist. ) Is provided.
  6. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zuführleitung ( Exhaust gas purification system according to claim 4 or 5, characterized in that in a feed line ( 9 9 ) und/oder im Nebenzweig ( ) And / or in the secondary branch ( 5 5 ) Ventile und/oder Regler zur Einstellung der dem Reformierungsreaktor ( ) Valves and / or regulators to adjust the the reforming reactor ( 1 1 ) zugeführten Kraftstoffmenge und/oder des Abgasstroms im Nebenzweig ( ) Supplied fuel quantity and / or the exhaust gas flow in the secondary branch ( 5 5 ) vorgesehen sind. ) Are provided.
  7. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erwärmung des Reformierungsreaktors ( An exhaust gas purification system according to one of the preceding claims, characterized in that for heating the reforming reactor ( 1 1 ) vorgesehenen Heizmittel ( ) Provided heating means ( 10 10 ) elektrische Heizmittel sind. ) Electric heating means.
  8. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformierungsreaktor ( An exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) thermisch mit der Abgasleitung ( ) Thermally connected to the exhaust line ( 4 4 ) und/oder einem Abgaskrümmer gekoppelt ist. ) And / or an exhaust manifold is coupled.
  9. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformierungsreaktor ( An exhaust gas purification system according to one of the preceding claims, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) einen Katalysator ( ) A catalyst ( 11 11 ) mit druckverlustarmer Trägerstruktur aufweist. ) With pressure-low-loss support structure.
  10. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Nebenzweig ( An exhaust gas purification system according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure in the secondary branch ( 5 5 ) höchstens gleich dem Druck in der Abgasleitung ( ) Is at most equal to the pressure in the exhaust line ( 4 4 ) ist. ) Is.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reformierungsreaktor ( Method for operating an exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) ein Teilstrom aus dem Abgasstrom in der Abgasleitung ( ) A partial stream from the exhaust stream in the exhaust conduit ( 4 4 ) zugeführt wird und die Reformierung des Kraftstoffs mit dem Sauerstoffgehalt und/oder Wassergehalt im Teilstrom des Abgases durchgeführt wird und der Reformierungsreaktor ( ) Is added and the reforming of the fuel with the oxygen content and / or water content is performed in the partial flow of the exhaust gas and the reforming reactor ( 1 1 ) in einer Kaltstartphase elektrisch beheizt wird. ) Is heated electrically in a cold start phase.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Reformierungsreaktor ( A method according to claim 11, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) zugeführte Kraftstoffmenge abhängig vom Sauerstoffgehalt im Teilstrom eingestellt wird. ) Supplied fuel quantity is adjusted depending on the oxygen content in the side stream.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasteilstrom im Nebenzweig ( The method of claim 11 or 12, characterized in that the partial exhaust gas flow in the secondary branch ( 5 5 ) durch Abwärme des Reformierungsreaktors ( ) By waste heat from the reforming reactor ( 1 1 ) beheizt wird. ) Is heated.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zu reformierende Kraftstoff durch Abwärme des Reformierungsreaktors ( Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the reformable fuel by waste heat of the reforming reactor ( 1 1 ) verdampft wird. ) Is vaporized.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformierungsreaktor ( Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the reforming reactor ( 1 1 ) durch einen Abgaskrümmer beheizt wird. ) Is heated by an exhaust manifold.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to an exhaust gas cleaning system and a method for operating the plant according to the preamble of the independent claims.
  • [0002] [0002]
    Aus der From the US 54 12 946 A US 54 12 946 A ist eine Abgasreinigungsanlage für ein Fahrzeug bekannt, bei der Wasserstoff dem Abgasstrom zugeführt wird, um im Abgaskatalysator Stickoxide im Abgas zu reduzieren. is an exhaust gas purification system for a vehicle is known in which hydrogen is supplied to the exhaust gas stream to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust gas catalyst. Der Wasserstoff wird durch Reformierung zB aus dem mitgeführten Kraftstoff gewonnen und zusammen mit Sauerstoff und Wasser der Reformierungseinrichtung zugeführt. The hydrogen is produced by reforming, for example, from the entrained fuel and fed together with oxygen and water reforming means. Dabei wird der Gehalt an zugeführtem Wasserstoff abhängig von der NO x -Menge im Abgasstrom eingestellt. In this case, the content of hydrogen fed is adjusted depending on the amount of NOx in the exhaust stream. Wasser zur Reformierung wird aus einem Wassertank bereitgestellt und vor der Reformierung verdampft, während Sauerstoff in Form von Umgebungsluft angesaugt und der Reformierungseinrichtung zugeführt wird. Water for reforming is supplied from a water tank and prior to reformation evaporated while oxygen sucked in the form of ambient air and the reforming device is supplied.
  • [0003] [0003]
    In der nachveröffentlichten europäischen Patentanmeldung In the post-European patent application EP 12 11 394 A2 EP 12 11 394 A2 ist eine Abgasreinigungsanlage in einem Fahrzeug offenbart, bei welcher ein Reformierungsreaktor zur Extraktion von Wasserstoff aus Kraftstoff vorgesehen ist und der Wasserstoff einem Abgasstrom einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine stromauf eines Abgaskatalysators zuführbar ist. is an emission control system is disclosed in a vehicle in which a reforming reactor for the extraction of hydrogen is provided from the hydrogen fuel and an exhaust gas stream exhaust pipe of an internal combustion engine upstream of a catalyst can be supplied. Der Reformierungsreaktor ist mit einem Nebenzweig der Abgasleitung verbunden, über welche er durch einen Abgasteilstrom mit Sauerstoff und Wasser zur Reformierung des Kraftstoffs versorgt wird. The reforming reactor is connected to a secondary branch of the exhaust pipe, through which it is supplied by a partial exhaust gas stream with oxygen and water to reform the fuel.
  • [0004] [0004]
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsanlage mit einem Reformierungsreaktor anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb des Reformierungsreaktors ermöglicht. The invention has for its object to provide an emission control system with a reforming reactor, which enables reliable operation of the reforming reactor.
  • [0005] [0005]
    Diese Aufgabe wird bei einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. This object is achieved in an exhaust gas purification system having the features of claim 1 and by a method with the features of claim 11.
  • [0006] [0006]
    Erfindungsgemäß wird zur Reformierung ausschließlich Wasser und Sauerstoff des Abgasstroms verwendet. According to the invention only water and oxygen in the exhaust stream is used to reform. Auf das Mitführen von zusätzlichen Medientanks und entsprechender Regeleinrichtungen kann verzichtet werden. On the carrying of additional media tanks and associated control equipment can be dispensed with.
  • [0007] [0007]
    Der Vorteil besteht darin, daß auf einfache Weise im Fahrzeug H 2 und CO als Reduktionsmittel für die NO x -Entfernung der konventionellen Abgasnachbehandlung gewonnen werden kann. The advantage is that H 2 and CO can be recovered as a reducing agent for NO x removal of the conventional exhaust gas treatment in a simple manner in the vehicle. Das Mitführen dieser Gase entfällt. Carrying this gas is eliminated. Die Einsatzstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren stammen aus dem im Fahrzeug verfügbaren Kraftstofftank und dem motorischen Abgas. The starting materials for the process according to the invention are from the fuel tank and the motor exhaust available in the vehicle. Es müssen keine zusätzlichen Stoffe an Bord des Fahrzeugs mitgeführt werden. It must be kept on board the vehicle, no additional substances. Es sind keine Tanks und Dosiereinrichtungen für zusätzliche Stoffe erforderlich. There are no tanks and dosing of additional materials required.
  • [0008] [0008]
    Das bevorzugte elektrische Heizmittel wird nur während der Aufheizphase eingesetzt, später kann der dem Reformer zugeführte Abgasteilstrom regenerativ durch den heißen Produktgasstrom vorgewärmt werden. The preferred electrical heating is used only during the heating phase, later supplied to the reformer, the partial exhaust stream regenerative preheated by the hot product gas stream. Das autotherme Verfahren benötigt im stationären Fall keine elektrische Beheizung von außen. The autothermal process required in the stationary case no electrical heating from the outside. So kann elektrische Energie eingespart werden. Thus, electrical energy can be saved.
  • [0009] [0009]
    Der Einsatz eines Katalysators auf einer Trägerstruktur ermöglicht minimale Druckverluste, so daß der Druck im Nebenzweig vergleichbar mit dem in der Abgasleitung ist. The use of a catalyst on a support structure allows minimum pressure losses, so that the pressure in the secondary branch is comparable to that in the exhaust line. Die Katalysatormasse selbst ist niedriger und zeigt einen besseren Ausnutzungsgrad als bei der Verwendung üblicher Schüttkatalysatoren. The catalyst material itself is low, and shows a better utilization rate than with the use of conventional bulk catalysts. Die eingesparte Katalysatormasse muß nicht aufgeheizt werden. The saved catalyst material must not be heated.
  • [0010] [0010]
    Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the aforementioned features and those yet to be explained not only in the specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
  • [0011] [0011]
    Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the description.
  • [0012] [0012]
    Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figuren zeigen: The invention is described below with reference to a drawing, the figures show:
  • [0013] [0013]
    1 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Vorrichtung mit verzweigtem Abgasstrom und a schematic diagram of a preferred apparatus with branched exhaust flow and
  • [0014] [0014]
    2 2 eine Prinzipdarstellung eines Details des bevorzugten Reformierungsreaktors. a schematic representation of a detail of the preferred reforming reactor.
  • [0015] [0015]
    1 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Abgasreinigungsanlage gemäß der Erfindung, die vorzugsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird. shows a schematic diagram of an exhaust gas purification system according to the invention, which is preferably used in a vehicle. Details des Fahrzeugs sind nicht dargestellt. Details of the vehicle are not shown. Abgas einer Brennkraftmaschine Exhaust gas of an internal combustion engine 2 2 , das durch die Verbrennung von der Brennkraftmaschine Obtained by the combustion of the internal combustion engine 2 2 aus einem Kraftstofftank from a fuel tank 9' 9 ' zugeführten Kraftstoff entsteht, wird über eine Abgasleitung fuel supplied is formed, is an exhaust pipe 4 4 zu einem üblichen Abgaskatalysator to a conventional exhaust gas catalyst 3' 3 ' geleitet, der bevorzugt mit einem sogenannten DENOX-Katalysator ausgestattet ist. conducted, which is preferably equipped with a so-called DENOX catalytic converter. Dem Abgasstrom in der Abgasleitung The exhaust stream in the exhaust pipe 4 4 wird Wasserstoff als Reduktionsmittel zugeführt, so daß im Abgaskatalysator is hydrogen fed as a reducing agent, so that in the exhaust gas catalyst 3 3 Stickoxid zu ungefährlichen Stoffen reduziert werden kann. Can reduce nitrogen oxide into harmless substances.
  • [0016] [0016]
    Erfindungsgemäß wird ein Teilstrom des Abgases in einem Nebenzweig According to the invention, a portion of the exhaust gas stream in a secondary branch 5 5 der Abgasleitung the exhaust pipe 4 4 einem Reformierungsreaktor a reforming reactor 1 1 zugeführt. supplied. In dem Reformierungsreaktor In the reforming reactor 1 1 wird Wasserstoff aus Kraftstoff extrahiert, welcher über eine Zuführleitung Hydrogen is extracted from fuel which feed on a 9 9 für Kraftstoff aus dem Kraftstofftank for fuel from the fuel tank 9' 9 ' in den Reaktor geleitet wird. is passed into the reactor. Das Reformat, das Wasserstoff und weitere Reaktionsprodukte wie zB CO, CO 2 enthält, wird anschließend wieder der Abgasleitung The reformate containing hydrogen and other reaction products such as CO, CO 2, then the exhaust duct is re- 4 4 der Brennkraftmaschine the internal combustion engine 2 2 stromauf des Abgaskatalysators upstream of the catalytic converter 3 3 über eine Leitung via a conduit 7 7 zugeführt. supplied. Zusätzlich zu der Zuführleitung In addition to the delivery pipe 9 9 für Kraftstoff wird dem Reformierungsreaktor for fuel is the reforming reactor 1 1 über eine Zuführeinrichtung via a feed device 6 6 Sauerstoff und/oder Wasser zugeführt, um die Reformierungsreaktion ausführen zu können. Oxygen and / or water supplied to perform the reforming reaction can. Gemäß der Erfindung wird der zur Reformierung notwendige Sauerstoff und das notwendige Wasser vom Abgasteilstrom bereitgestellt, der durch den Nebenzweig According to the invention necessary for reforming the oxygen and the necessary water from the exhaust gas partial flow is provided by the secondary branch 5 5 geleitet wird, dh daß die Zuführeinrichtung is passed, ie that the feeding 6 6 durch den Nebenzweig by the secondary branch 5 5 des Abgasstroms versorgt wird. the exhaust gas flow is supplied. Der Vorteil dabei ist, daß keine zusätzlichen Vorratstanks für Edukte wie Wasser oder Kompressoren für Sauerstoff oder Luft mitgeführt werden müssen. The advantage is that no additional storage tanks must be included for reactants such as water or compressors for oxygen or air. Weiterhin ist das zugeführte Wasser im Abgasstrom im wesentlichen Wasserdampf, so daß eine Verdampfungseinrichtung für das zuzuführende Wasser entfällt. Further, the supplied water is in the exhaust stream substantially water vapor, so that an evaporating means for the water to be supplied is not necessary. Dies bedeutet eine erhebliche Platz- und Gewichtsersparnis sowie Kosteneinsparungen im Fahrzeug. This represents a considerable space and weight savings and cost savings in the vehicle. Dabei ist besonders günstig, denselben Kraftstoff zur Reformierung zu verwenden, mit dem die Brennkraftmaschine It is particularly advantageous to use the same fuel reforming, with which the internal combustion engine 2 2 versorgt wird, etwa Diesel oder Benzin. is supplied as diesel or gasoline. Auch dies trägt entscheidend zur Systemvereinfachung bei, da zusätzliche Pumpen, eine zusätzliche Regelung für sonst notwendige zusätzlich im Fahrzeug mitgeführten Betriebsstoffe und dergleichen entfallen. This also contributes significantly to the simplification of the system, since additional pumps, an additional control for otherwise necessary addition in the vehicle carried on board and the like are eliminated.
  • [0017] [0017]
    Besonders günstig ist, Mittel vorzusehen, um das Verhältnis φ von Sauerstoff in der Zuführeinrichtung It is particularly advantageous to provide funds to the ratio φ of oxygen in the feed 6 6 zu Kraftstoff im Reformierungsreaktor to fuel in the reforming reactor 1 1 einzustellen. adjust. Dabei kann sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Abgasmenge eingestellt werden, etwa über Ventile und/oder Regler. In this case, both the amount of fuel and the amount of exhaust gas can be set, such as via valves and / or regulators. Besonders günstig ist, einen Massenstromsensor Is particularly favorable, a mass flow sensor 12' 12 ' in der Zuführleitung in the supply line 9 9 des Kraftstoffs in den Reformierungsreaktor of the fuel in the reforming reactor 1 1 vorzusehen, um die Kraftstoffzufuhr zu bestimmen und einstellen zu können und/oder ein Sauerstoffsensor provide in order to determine and adjust the fuel supply and / or an oxygen sensor 12 12 im Nebenzweig in the secondary branch 5 5 , um den Sauerstoffgehalt im Abgas zu bestimmen und den Abgasstrom im Nebenzweig To determine the oxygen content in the exhaust gas and the exhaust gas flow in the secondary branch 5 5 entsprechend einzustellen. adjust accordingly.
  • [0018] [0018]
    Das Verhältnis φ stellt die sogenannte Luftzahl der Reformierung dar und gibt das Verhältnis der zugeführten Menge an Sauerstoff zur stöchiometrisch benötigten Sauerstoffmenge für die vollständige Oxidation des zu reformierenden Kraftstoffs im Reformierungsreaktor The ratio φ, the so-called air Number of reforming and states the ratio of the supplied amount of oxygen to stoichiometrically required amount of oxygen for complete oxidation of the fuel to be reformed in the reforming reactor 1 1 wieder. again.
  • [0019] [0019]
    In dem Reformierungsreaktor In the reforming reactor 1 1 reagieren die Komponenten O 2 und H 2 O des Teilstroms des Abgases sowie eine im Verhältnis zum O 2 -Gehalt des Abgases stehende, zugeführte Menge an Kraftstoff katalytisch und autotherm miteinander, wobei ausschließlich die im Abgas vorhandene Konzentration von O 2 und H 2 O und die aus dem konventionellen Tank des Fahrzeugs zu entnehmende Menge Kraftstoff genutzt wird. react the components O 2 and H 2 O of the partial flow of the exhaust gas and a in relation to the O 2 content of the exhaust gas standing supplied amount of fuel is catalytically and autothermically with each other, wherein only the existing in the exhaust gas concentration of O 2 and H 2 O and which is used in the conventional tank of the vehicle to be removed amount of fuel.
  • [0020] [0020]
    Besonders günstig ist es, eine Lambda-Regelung durchzuführen, um den Kraftstoff abhängig vom Sauerstoffgehalt im Nebenzweig To carry out a lambda control to the fuel depends on the oxygen content is very low in the secondary branch 5 5 der Abgasleitung the exhaust pipe 4 4 in den Reformierungsreaktor in the reforming reactor 1 1 zuzudosieren. to meter. Bei einer bevorzugten Einstellung der zudosierten Kraftstoffmenge wird ein Teilstrom des Abgases der Abgasleitung In a preferred setting of the metered amount of fuel is a partial flow of exhaust gas from the exhaust pipe 4 4 über einen Strömungsteiler entnommen. removed via a flow divider. Mittels Volumenstrommessung, zB mit einem Hitzedrahtanemometer, und O 2 -Konzentrationsmessungen, etwa mit einer Lambda-Sonde, wird der Volumenstrom an O 2 im Teilstrom By means of flow measurement, for example with a hot-wire anemometer, and O 2 -Konzentrationsmessungen, for example with a lambda probe, the volume flow of O 2 is in the partial flow 5 5 ermittelt. determined. Entsprechend einer gewünschten Luftzahl φ der autothermen Reformierung wird die Menge an Kraftstoff dem Reformierungsreaktor Depending on the desired air ratio φ autothermal reforming, the amount of fuel to the reforming reactor 1 1 zugeführt. supplied.
  • [0021] [0021]
    Im Reformierungsreaktor In reforming reactor 1 1 treten nicht nur eine Reformierungsreaktion, sondern auch partielle Oxidationsreaktionen des zugeführten Kraftstoffs mit der Zusammensetzung C n H m mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff auf: occur not only a reforming reaction but also the partial oxidation reactions of the fuel supplied with the composition C n H m in the oxygen contained in exhaust gas: C n H m + φ (n + m/4)O 2 ⇒ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O C n H m + φ (n + m / 4) O 2 ⇒ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O sowie Reformierungsreaktionen mit dem im Abgas enthaltenen H 2 O und dem bei der partiellen Oxidation gebildeten H 2 O as well as reforming reactions with the H 2 O contained in the exhaust gas and the formed H 2 O in the partial oxidation C n H m + y H 2 O ⇔ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O C n H m + y H 2 O ⇔ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O
  • [0022] [0022]
    In der Kombination von Oxidation und Reformierung werden diese Reaktionen üblicherweise autotherme Reformierung genannt. The combination of oxidation and reforming these reactions are usually called autothermal reforming.
  • [0023] [0023]
    Geeignete Reaktionsbedingungen sind etwa eine bevorzugte Luftzahl von φ = 0,25 bis 0,35 und eine Edukttemperatur am Eingang des Reformierungsreaktors Suitable reaction conditions are about a preferred air ratio of φ = 0.25 to 0.35 and an educt temperature at the entrance of the reforming reactor 1 1 von mehr als 350°C. of more than 350 ° C.
  • [0024] [0024]
    Die Temperaturen des Abgases im Teilstrom im Nebenzweig The temperatures of the exhaust gas in the partial flow in the secondary branch 5 5 oder auch im Hauptstrom in der Abgasleitung or in the main flow in the exhaust line 4 4 liegen niedriger als die gewünschte Edukttemperatur für die Reformierung, besonders bei Dieselfahrzeugen und vor allem in der Startphase. are lower than the desired educt temperature for the reforming, particularly in diesel vehicles, and especially in the starting phase.
  • [0025] [0025]
    Vorteilhaft ist daher, wenn der Teilstrom des Abgases durch Abwärme des Reformierungsreaktors It is advantageous, therefore, if the partial flow of the exhaust gas by the waste heat of the reforming reactor 1 1 beheizt wird. is heated. Die Oxidationsreaktion ist stark exotherm, so daß das Gemisch im Reformierungsreaktor The oxidation reaction is highly exothermic, so that the mixture in the reforming reactor 1 1 stark erwärmt wird, typischerweise auf 800–900°C. is strongly heated, typically at 800-900 ° C. Damit steht genügend thermische Energie für die endotherme Reformierungsreaktion im Reformierungsreaktor Thus, there is sufficient thermal energy for the endothermic reforming reaction in the reforming reactor 1 1 zur Verfügung. available. Überschüssige thermische Energie kann im System weiter eingesetzt werden. Excess thermal energy can be used in the system.
  • [0026] [0026]
    Die verfügbare thermische Energie der Abwärme des Reformierungsreaktors The available thermal energy of the waste heat of the reforming reactor 1 1 kann vorteilhaft auch zur Verdampfung des zu reformierende Kraftstoff verwendet werden. can advantageously also be used for evaporating the fuel to be reformed. Weiterhin ist es günstig, den Reformierungsreaktor Furthermore, it is favorable to the reforming reactor 1 1 thermisch mit der Abgasleitung, etwa einem üblichen Abgaskrümmer, zu koppeln, so daß auch die Abwärme der Abgasleitung genutzt werden kann. thermally connected to the exhaust line, such as a common exhaust manifold coupling, so that the waste heat from the exhaust pipe can be used. Günstig ist auch, den Abgasteilstrom im Nebenzweig It is also favorable to the partial exhaust gas flow in the secondary branch 5 5 vorzuheizen, indem dieser durch einen Wärmetauscher preheat by this through a heat exchanger 8 8 geleitet wird, der durch den heißen Produktstrom beheizt wird, der aus dem Reformierungsreaktor is passed, which is heated by the hot product stream from the reforming reactor 1 1 austritt. exits. Dazu ist der Wärmetauscher For this purpose, the heat exchanger 8 8 in der Leitung in the line 7 7 angeordnet, die die Reaktionsprodukte zurück in die Abgasleitung arranged that the reaction products back into the exhaust line 4 4 führt. leads.
  • [0027] [0027]
    In In 2 2 ist eine bevorzugte Ausführung des Reformierungsreaktors is a preferred embodiment of the reforming reactor 1 1 schematisch dargestellt. shown schematically. In dem Reformierungsreaktor In the reforming reactor 1 1 sind Heizmittel are heating 10 10 zur Erwärmung des Reformierungsreaktors for heating the reforming reactor 1 1 während der Startphase und ein Katalysator during the starting phase and a catalyst 11 11 vorgesehen. provided. Der Katalysator The catalyst 11 11 ist vorzugsweise auf einer Trägerstruktur angeordnet, welche nur einen geringen Druckverlust verursacht. is preferably disposed on a support structure, which causes only a small pressure loss. Die Heizmittel The heating means 10 10 sind vorzugsweise stromauf des Katalysators are preferably upstream of the catalyst 11 11 angeordnet. arranged. Durch die Trägerstruktur des Katalysators By the supporting structure of the catalyst 11 11 ist der Druckverlust im Reformierungsreaktor niedrig, so daß der Druck im Nebenzweig the pressure loss in the reforming reactor low, so that the pressure in the secondary branch 5 5 des Abgasstroms ebenfalls niedrig ist. the exhaust gas flow is also low. Daher kann der Abgasteilstrom einfach aus der Abgasleitung Therefore, the partial exhaust gas stream can simply from the exhaust pipe 4 4 abgezweigt werden und muß nicht aktiv gegen eine Druckdifferenz gefördert werden. be diverted and need not be actively promoted to a pressure difference. Vorzugsweise ist die Katalysatorschicht auf der Trägerstruktur des Katalysators Preferably, the catalyst layer on the support structure of the catalyst 11 11 nur wenige Mikrometer dick. only a few micrometers thick. Das bringt bei hohen Temperaturen um 800°C, wie sie zur Kohlenwasserstoffreformierung angewandt werden, gegenüber Schüttkatalysatoren üblicher Größe den Vorteil, daß keine Porendiffusionshemmung auftritt und der eingesetzte Katalysator This brings at high temperatures around 800 ° C, as applied to hydrocarbon reforming, compared to bulk catalysts usual size has the advantage that no pore diffusion inhibition occurs and the catalyst used 11 11 nahezu vollständig genutzt wird. is used almost entirely. Typische Schüttkatalysatoren bestehen aus Kugeln geträgerten Katalysatormaterials, die Durchmesser im Millimeterbereich aufweisen. Typical bulk catalysts consist of balls supported catalyst material, having diameters in the millimeter range. Damit entfällt ein Aufheizen einer nicht benötigten Katalysatormasse, ebenso wird Gewicht eingespart. This eliminates the unnecessary heating of a catalyst mass, as weight is saved.
  • [0028] [0028]
    Die Heizmittel The heating means 10 10 können elektrische Heizmittel sein, etwa eine Glühkerze oder eine Glühwendel oder ein sonstiger Heizwiderstand. may be electrical heating means, such as a glow plug or a filament or other heating resistor. Günstig ist, die elektrischen Heizmittel Is low, the electric heating means 10 10 stromauf vor oder in der eigentlichen Katalysatorstruktur upstream of or in the actual catalyst structure 11 11 vorzusehen. be provided. Zweckmäßigerweise wird der Reformierungsreaktor Advantageously, the reforming reactor 1 1 nur in der Aufheizphase elektrisch beheizt. only during the heating electrically heated. Später kann der dem Reformierungsreaktor Later, the the reforming reactor 1 1 zugeführte Abgasteilstrom regenerativ durch den heißen Produktgasstrom am Ausgang des Reformierungsreaktors exhaust gas supplied part renewably by the hot product gas stream at the output of the reforming reactor 1 1 vorgewärmt werden. be preheated. Das verwendete autotherme Reformierungsverfahren benötigt im stationären Fall keine zusätzliche Beheizung von außen. The autothermal reforming process used in the stationary case requires no additional heating from the outside. So kann Energie etwa gegenüber einem endothermen Dampfreformierungsverfahren eingespart werden. Thus, energy can be saved as compared to an endothermic steam reforming process.
  • [0029] [0029]
    Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise im Fahrzeug H 2 und CO als Reduktionsmittel für die NO x -Entfernung der konventionellen Abgasnachbehandlung gewonnen werden. By the apparatus and method of the invention of the invention can be obtained H 2 and CO as reducing agent for NO x removal of the conventional exhaust gas treatment in a simple manner in the vehicle. Das Mitführen dieser Stoffe als zusätzliche Betriebsmittel entfällt. Carrying this matter is omitted as additional resources. Die Einsatzstoffe für das beschriebene Verfahren stammen vielmehr aus dem im Fahrzeug verfügbaren Kraftstofftank (flüssiger Kohlenwasserstoff) und dem motorischen Abgas. The starting materials for the process described rather come from the available in the vehicle fuel tank (liquid hydrocarbon) and the motor exhaust. Daher sind keine zusätzlichen Tanks und Dosiereinrichtungen notwendig. Therefore, no additional tanks and dosing are required.
Patent Citations
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Non-Patent Citations
Reference
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Classifications
International ClassificationF01N3/20
Cooperative ClassificationY10S123/12, F01N3/206, F01N2240/30, F01N2610/04
European ClassificationF01N3/20D
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