本發(fā)明涉及一種用于使具有氣體燃燒系統(tǒng)和廢氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法。此外，本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，其具有氣體燃燒系統(tǒng)和廢氣后處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由實(shí)踐已知如下內(nèi)燃機(jī)，其燃燒氣態(tài)燃料，例如天然氣。這種內(nèi)燃機(jī)例如可以是往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)或還可以是流體機(jī)器如燃?xì)鉁u輪。如此例如由造船業(yè)已知一種內(nèi)燃機(jī)，其燃燒天然氣并且為此包括燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)來作為氣體燃燒系統(tǒng)。此外，這種內(nèi)燃機(jī)包括廢氣后處理系統(tǒng)，以便于將離開氣體燃燒系統(tǒng)的廢氣凈化。燃燒天然氣的內(nèi)燃機(jī)可由于天然氣的未完全燃燒而導(dǎo)致非期望的ch4(甲烷)排放。由于甲烷是嚴(yán)重的溫室氣體，應(yīng)使甲烷到環(huán)境中的排放保持盡可能低。在由實(shí)踐已知的例如燃燒天然氣的內(nèi)燃機(jī)的情況中，相應(yīng)的廢氣后處理系統(tǒng)包括用于分解ch4的催化器。在此，根據(jù)實(shí)踐使用如下催化器，其尤其包括金屬或鉑系金屬、例如鉑和/或鈀來作為催化活化物質(zhì)，其中，鉑系金屬的金屬對這樣的ch4分解催化器的裝載通常超過每升催化器容積7克貴金屬。由此引起高昂的成本。外次，這樣的催化器的運(yùn)行時(shí)間相對短，因?yàn)樵摯呋饔捎诳山?jīng)由燃料和/或發(fā)動(dòng)機(jī)油達(dá)到廢氣后處理系統(tǒng)中的硫氧化物而失活。

在由實(shí)踐已知的燃燒氣態(tài)燃料的內(nèi)燃機(jī)的情況中，相應(yīng)地限制了減少ch4排放的可能性。因此，存在對新型內(nèi)燃機(jī)和用于使這樣的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法的需求，在其中可強(qiáng)有力地減少或降低ch4排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明由此出發(fā)所基礎(chǔ)的目的是，實(shí)現(xiàn)一種用于使具有氣體燃燒系統(tǒng)和廢氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的新型的方法，并且實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，廢氣被導(dǎo)引到廢氣后處理系統(tǒng)的至少一個(gè)ch4氧化催化器上，其中，廢氣中的no2份額通過在至少一個(gè)ch4氧化催化器上游的至少一個(gè)氣體燃燒系統(tǒng)方面的措施和/或廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施來限定地調(diào)整。經(jīng)由調(diào)整在該或每個(gè)ch4氧化催化器上游的廢氣中no2的份額可改善ch4的分解，由此可行的是，減少內(nèi)燃機(jī)的ch4排放。

優(yōu)選地，廢氣中的no2份額調(diào)整成，使得在至少一個(gè)ch4氧化催化器上游，廢氣中總氮氧化物的no2份額為至少15%、優(yōu)選地至少30%、尤其優(yōu)選地至少50%。廢氣中總氮氧化物中這樣的no2份額尤其有利于有效地較少在燃燒氣態(tài)燃料、例如天然氣的內(nèi)燃機(jī)處的ch4排放。

根據(jù)一有利的改進(jìn)方案，廢氣中no2份額經(jīng)由廢氣后處理系統(tǒng)的至少一個(gè)no氧化催化器來調(diào)整，該no氧化催化器布置在該或每個(gè)ch4氧化催化器上游。由此可通過廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施來簡單地調(diào)整廢氣中的no2份額。

根據(jù)另一有利的改進(jìn)方案，通過改變用于氣體燃燒系統(tǒng)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)來調(diào)整廢氣中的no2份額。由此可通過氣體燃燒系統(tǒng)方面的措施來尤其有利地調(diào)整廢氣中的no2份額。

優(yōu)選地，內(nèi)燃機(jī)的廢氣在該或每個(gè)ch4氧化催化器下游被引導(dǎo)到scr催化器上，其中，在scr催化器下游將nh3或nh3前體物質(zhì)帶入廢氣中。經(jīng)由scr催化器可在緊接著分解ch4之后且相應(yīng)地接近著減少ch4排放之后降低no2的排放。

附圖說明

本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求和接下來的說明得出。根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例，且本發(fā)明不受限于此。其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第四內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第五內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第六內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第七內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第八內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第九內(nèi)燃機(jī)的示意圖；以及

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第十內(nèi)燃機(jī)的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，其具有氣體燃燒系統(tǒng)和廢氣后處理系統(tǒng)，并且本發(fā)明涉及一種用于使這種內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法。

接下來參考圖1至圖10以內(nèi)燃機(jī)10為示例說明本發(fā)明，內(nèi)燃機(jī)10包括帶有氣缸12的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11來作為氣體燃燒系統(tǒng)，其中，尤其將天然氣作為燃料14輸送至氣缸12并且附加于用于燃燒的氣態(tài)燃料14將燃燒用控制13輸送至氣缸12。

在此，所產(chǎn)生的廢氣15被燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11導(dǎo)出并且被引導(dǎo)到廢氣后處理系統(tǒng)16上。

在這點(diǎn)上，應(yīng)指出，雖然優(yōu)選地在使用往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽油燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)12來作為氣體燃燒系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的情況中使用本發(fā)明，然而，也可在如下內(nèi)燃機(jī)的情況中使用本發(fā)明，其氣體燃燒系統(tǒng)11由流體機(jī)器如燃?xì)鉁u輪來提供。

圖1顯示了內(nèi)燃機(jī)10的第一實(shí)施例，其中，在圖1的實(shí)施例中，廢氣后處理系統(tǒng)16包括ch4氧化催化器18和在ch4氧化催化器18上游的no氧化催化器17。離開內(nèi)燃機(jī)10的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的氣缸12的廢氣15首先被引導(dǎo)到no氧化催化器17上并且緊接著被引導(dǎo)到ch4氧化催化器18上，其中，借助于no氧化催化器17通過廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施、即通過將廢氣15引導(dǎo)到no氧化催化器17上來限定地調(diào)整廢氣15中的no2份額。于是由此，尤其當(dāng)經(jīng)由no氧化催化器17如此調(diào)整在ch4氧化催化器18上游的廢氣15中的no2份額，即，使得廢氣的no2份額占廢氣的總氮氧化物的至少15%、優(yōu)選地至少30%、尤其優(yōu)選地至少50%時(shí)，那么可在ch4氧化催化器18中實(shí)現(xiàn)尤其有效的ch4分解。如以下詳細(xì)說明的那樣，備選或附加于這樣的廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施，還可經(jīng)由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的措施來調(diào)整廢氣15中總氮氧化物的no2份額。

no氧化催化器17優(yōu)選地使用鉑系金屬的貴金屬例如鉑和/或鈀來作為催化活化物質(zhì)，其中，利用該貴金屬對no氧化催化器17的裝載為最大2.85g/l、優(yōu)選地小于2.5g/l、尤其優(yōu)選地小于1.75g/l催化器容積。

在no氧化催化器17中，根據(jù)以下反應(yīng)式將氧化氮轉(zhuǎn)換成二氧化氮：

2no+o2→no2

接下來在ch4氧化催化器18中根據(jù)以下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)ch4的分解：

no2+ch4+o2→co+no+2h2o

在運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)10的情況中，待分解的ch4相對總氮氧化物的比例調(diào)整成，使得比例ch4/no2小于2、優(yōu)選小于1.5、更優(yōu)選小于1。

如已實(shí)施地那樣，no氧化催化器17優(yōu)選地含有貴金屬如鉑作為催化活化物質(zhì)，尤其以0.5克(g)/升催化器容積(l)與2.85g/l之間的份額，優(yōu)選地以0.5g/l與2.5g/l之間的份額，最為優(yōu)選地0.5g/l與1.75g/l之間。

這樣的no氧化催化器17優(yōu)選地含有al2o3和/或tio2作為中間層材料。

在ch4氧化催化器18中優(yōu)選地使用鈰和/或鈷和/或銅和/或鐵作為活化成分。其優(yōu)選地接合到mor、fer、per、mfi(zsme-5)、ltl、lau、chi或cha結(jié)構(gòu)的沸石基質(zhì)中。

圖2顯示了圖1的內(nèi)燃機(jī)的一改進(jìn)方案，其中，圖2的內(nèi)燃機(jī)10與圖1的內(nèi)燃機(jī)10的區(qū)別在于，內(nèi)燃機(jī)10的廢氣后處理系統(tǒng)16在ch4氧化催化器18下游包括scr催化器19，其用于降低no2排放。在scr催化器19上游定位有裝置20，經(jīng)由其可將nh3(氨氣)或nh3前體物質(zhì)、例如尿素帶入到在scr催化器19上游的廢氣15中。氨氣在scr催化器19中用作用于降低氮氧化物的還原劑。

于是，當(dāng)將nh3前體物質(zhì)、例如尿素帶入廢氣中時(shí)，通常根據(jù)以下反應(yīng)反應(yīng)式將廢氣中的尿素轉(zhuǎn)換成nh3：

(nh2)co+c→2nh3+co2

因?yàn)?，尿素到nh3的轉(zhuǎn)換根據(jù)以上反應(yīng)反應(yīng)式通常在以450℃數(shù)量級的廢氣溫度的情況下才有效地實(shí)現(xiàn)，因此可在scr催化器19上游使用水解催化器，以便于輔助將氨前體物質(zhì)例如尿素轉(zhuǎn)換成hn3。

在水解催化器中通常根據(jù)以下反應(yīng)反應(yīng)式實(shí)現(xiàn)尿素到nh3的轉(zhuǎn)換：

(nh2)co→nh3+hnco

hnco+hnco→nh3+co2

在此，在使用nh3作為還原劑的情況下根據(jù)以下反應(yīng)反應(yīng)式在scr催化器19中實(shí)現(xiàn)氮氧化物的轉(zhuǎn)換：

4no+4nh3+o2→4n2+6h2o

10nh3+6no2+3o2→8n2+15h2o

可使用含有v2o5的scr催化器19來作為催化器19，其例如含有v2o5/wo3/tio2混合氧化物來作為活化成分。通常在scr催化器19中的v2o5在此位于0.2%至3%之間。scr催化器19還可使用tio2和/或sio2和/或al2o3和/或沸石來作為活化成分。

在高廢氣溫度的情況中，v2o5作為scr活化成分的使用變得苛刻。對此，原因是較低的熱穩(wěn)定性。如此，在廢氣溫度高于650℃的情況中引起v2o5的升華。對于該高溫應(yīng)用而言，使用無v2o5的含過渡金屬、尤其含鐵、鈷或銅的scr催化器19。就此而言被證實(shí)為尤其有利的是，通過離子交換將這些過渡金屬集成到沸石中?；诜惺姆浅４蟮谋砻娣e由此實(shí)現(xiàn)活化表面的顯著增大并且由此實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)的scr利用率的顯著提高。

圖3顯示了圖2的內(nèi)燃機(jī)10的一改進(jìn)方案，其中，圖3的內(nèi)燃機(jī)10與圖2的內(nèi)燃機(jī)10的區(qū)別在于，圖3的內(nèi)燃機(jī)10的廢氣后處理系統(tǒng)16包括更多的no氧化催化器17以及更多的ch4氧化催化器18。

如此，在第一no氧化催化器17下游存在第一ch4氧化催化器18，而在第一ch4氧化催化器18下游存在第二no氧化催化器17連同后置于其的第二ch4氧化催化器18。通過該實(shí)施方案，使在ch4氧化催化器18中被還原成no的no2又被氧化成no2并且由此被提供在后接的第二ch4氧化催化器中。

經(jīng)由ch4的這樣地多級氧化可有利地進(jìn)一步降低ch4排放。在此有利的是，在ch4氧化催化器上游分別使用no氧化催化器17，以便于在每個(gè)ch4氧化催化器18上游調(diào)整廢氣15中總氮氧化物的限定的no2份額。

no氧化催化器和ch4氧化催化器的交替的順序可經(jīng)由單獨(dú)的催化器支架或共同的催化器支架來實(shí)現(xiàn)，如在其在后者的情況中形成結(jié)構(gòu)單元。在蜂巢式的催化器的情況中可將no氧化催化器和ch4氧化催化器交替地布置在通道周緣上。

對于圖1至圖3的實(shí)施例而言共同的是，在相應(yīng)的ch4氧化催化器18上游，廢氣15中總氮氧化物的no2份額經(jīng)由廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施來限定的調(diào)整。

圖4相應(yīng)地示出了內(nèi)燃機(jī)10的一實(shí)施例，在其中，廢氣15中no2份額在ch4氧化催化器18上游經(jīng)由氣體燃燒系統(tǒng)方面的措施、即燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的措施來限定地調(diào)整，更確切地說優(yōu)選地又如此來調(diào)整，即，使得廢氣15中總氮氧化物的no2份額為至少15%、優(yōu)選地至少30%、尤其優(yōu)選地至少50%。

為此，優(yōu)選地匹配燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)、尤其拉姆達(dá)值和/或點(diǎn)火時(shí)刻和/或閥控制時(shí)間和/或發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的廢氣份額。

于是，當(dāng)拉姆達(dá)值降低，廢氣中no2份額趨向于升高。此外可通過朝更早時(shí)刻方向移動(dòng)點(diǎn)火時(shí)刻和/或通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的廢氣份額來使廢氣中的no2份額趨向于提高。此外可行的是，通過更遲地打開氣缸12的進(jìn)入閥并且通過更遲地關(guān)閉氣缸12的離開閥來提高廢氣中的no2份額。通過發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮的提高使得廢氣中的no2份額趨向于減少。

為了可經(jīng)由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的措施來適宜地調(diào)整廢氣15中的no2份額，優(yōu)選地借助于傳感器21確定廢氣15中的no2廢氣實(shí)際值，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置22將該no2廢氣實(shí)際值與no2廢氣理論值作對比并且取決于此地如此改變用于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，即，使得no2廢氣實(shí)際值接近no2廢氣理論值。在此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置22優(yōu)選地根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)選地負(fù)荷點(diǎn)相關(guān)地確定no2廢氣理論值。

根據(jù)圖4的變型方案相應(yīng)地提出，通過改變用于內(nèi)燃機(jī)10的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)來在ch4氧化催化器18上游限定地調(diào)整廢氣15中的no2份額，以便于如此在ch4氧化催化器18中實(shí)現(xiàn)ch4的最佳轉(zhuǎn)換。

用于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的應(yīng)基于其變化來限定地設(shè)置的在廢氣15中的no2份額的運(yùn)行參數(shù)在此在調(diào)節(jié)的意義上作為調(diào)節(jié)技術(shù)上的調(diào)整參數(shù)基于理論值-實(shí)際值對比來確定，其中，實(shí)際值是no2廢氣實(shí)際值而理論值是no2廢氣理論值。在此，no2廢氣理論值運(yùn)行點(diǎn)相關(guān)地、尤其負(fù)荷點(diǎn)相關(guān)地由發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置22來自動(dòng)確定，其中，控制裝置22作為調(diào)整參數(shù)且相應(yīng)地作為用于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)選地拉姆達(dá)值和/或點(diǎn)火時(shí)刻值和/或閥控制時(shí)間和/或發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的廢氣份額來變化，以便于使no2實(shí)際值接近no2理論值。

圖5示出了圖4的實(shí)施例的一改進(jìn)方案，在其中在ch4氧化催化器18下游定位有scr催化器19，以用于在該scr催化器19中在使用經(jīng)由裝置20被帶入到在scr催化器19上游的廢氣中的還原劑的情況下將氮氧化物轉(zhuǎn)換，即與圖2,3的實(shí)施例一致。關(guān)于scr催化器19和還原劑的細(xì)節(jié)方面，參照上述實(shí)施例。

圖6示出了根據(jù)圖5的內(nèi)燃機(jī)的一改進(jìn)方案，其中，在圖6中示出了內(nèi)燃機(jī)10，其為了調(diào)整廢氣15中的no2份額，不僅使用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面而且在廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施。如此，在圖6的內(nèi)燃機(jī)的情況中，如同接合圖5所說明的那樣經(jīng)由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的措施調(diào)整在第一ch4氧化催化器18上游的廢氣15中的no2份額，第二ch4氧化催化器18上游的廢氣15中的no2份額的調(diào)整借助于位于兩個(gè)ch4氧化催化器18之間的no氧化催化器17的廢氣后處理系統(tǒng)方面的措施來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于no氧化催化器17的細(xì)節(jié)方面，參照對于圖1至圖3的實(shí)施例而言的實(shí)施方案。

圖7至10示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)10的另外的實(shí)施例，其中，圖7至圖10的實(shí)施例與圖1至圖6的實(shí)施例的區(qū)別在于，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11構(gòu)造成廢氣加載的或渦輪加載的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11，其于是關(guān)聯(lián)有帶有渦輪23和壓縮機(jī)24的廢氣渦輪增壓機(jī)25。

在廢氣渦輪增壓機(jī)25的渦輪23中，離開燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的廢氣15可降壓，以便于在此獲用于使廢氣渦輪增壓機(jī)25的壓縮機(jī)24運(yùn)行的能量，其中，在壓縮機(jī)24中，將待輸送給氣缸11的燃燒用空氣13壓縮。

如此，圖7中實(shí)施例大致相應(yīng)于圖2的實(shí)施例，帶有如下區(qū)別，即，no氧化催化器17上游的廢氣15被引導(dǎo)到廢氣渦輪增壓機(jī)25的渦輪23上。

圖8的實(shí)施例大致相應(yīng)于圖3的實(shí)施例，然而又帶有如下區(qū)別，即，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)聯(lián)有廢氣渦輪增壓機(jī)25。前置于第一ch4氧化催化器18的no氧化催化器17在此布置在廢氣渦輪增壓機(jī)25的渦輪23的上游，使得離開燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11的氣缸12的廢氣15相應(yīng)地首先被引導(dǎo)到第一no氧化催化器17上且緊接著才被引導(dǎo)到廢氣渦輪增壓機(jī)25的渦輪23上。

圖9的實(shí)施例大致相應(yīng)于圖5的實(shí)施例，然而又帶有如下區(qū)別，即，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)聯(lián)有廢氣渦輪增壓機(jī)25。

在圖9中經(jīng)由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的作用來調(diào)整其no2份額的廢氣15在其被引導(dǎo)到ch4氧化催化器18之前首先被導(dǎo)引到廢氣渦輪增壓機(jī)25的渦輪23上。

圖10的實(shí)施例大致相應(yīng)于圖6的實(shí)施例，然而又是在使用廢氣渦輪增壓機(jī)25的情況下。

利用根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)和上述用于使該內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法可使優(yōu)選地利用天然氣運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)處的ch4排放有利地降低。如此，經(jīng)由至少一個(gè)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面的措施和/或經(jīng)由至少一個(gè)廢氣系統(tǒng)方面的措施來限定地調(diào)整至少一個(gè)ch4氧化催化器上游的廢氣中的no2份額，以便于如此確保最佳的ch4分解。

附圖標(biāo)記清單

10內(nèi)燃機(jī)

11氣體燃燒系統(tǒng)

12氣缸

13燃燒用空氣

14燃料

15廢氣

16廢氣后處理系統(tǒng)

17no氧化催化器

18ch4氧化催化器

19scr催化器

20裝置

21傳感器

22發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置

23渦輪

24壓縮機(jī)

25廢氣渦輪增壓機(jī)。