[发明专利]废气后处理系统和用于对内燃机进行废气后处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的废气后处理系统，所述内燃机尤其至少部分设置用于燃烧含甲烷的气体，以及还涉及一种用于废气后处理的方法。

背景技术

已知若干内燃机，其既可以用含甲烷的气体，例如天然气或甲烷，也可以用由燃气和其它燃料、例如柴油燃料构成的混合物运行。

纯粹的燃气发动机常常从汽油机或柴油机派生出来，其中，用于点燃燃气/空气混合物的外源点火通常借助火花塞进行。在柴油机/燃气发动机中，发动机原则上以柴油机为基础，其既允许了纯粹的柴油运行也允许了用柴油燃料和燃气的混合式运行。在此，柴油热值的一部分被燃气替代。总燃料的，亦即柴油-燃气/空气混合物的点火，通过柴油成分完成。在此，由燃气替代柴油燃料的替代率能到70%。

在所有至少部分以含甲烷的气体的燃烧为基础的附件（Ansatz）中，出现了较高的未处理的发动机的甲烷排放物的问题。首先，出于气候保护的原因，必须在废气后处理的框架内降低甲烷排放物。

已知若干甲烷氧化催化剂（MOC），其在富含钯的配方的基础上氧化废气中包含的甲烷。为此可以使用这样的配方，这些配方具有钯（Pd）与铂（Pt）的直至例如7:1或甚至更大的重量比。其它的甲烷氧化催化剂则基于所谓的只有钯的配方，例如Pd/铝氧化物。但通常在这些配方中只有在高于400°C时才会观察到一定的甲烷反应。为了完全氧化，经常需要远超500°C的温度。但这种温度在能量有效的燃气发动机的稀燃运行时就很少被达到。

欧洲专利文献的德语译文DE602004005133T2说明了一种用于处理来自用天然气运行的内燃机的未燃的碳氢化合物的方法，其中，设一种空气电离设备，其从环境空气中产生了自由基和反应离子，它们被用来推动氧化反应。国际专利申请的德语译文DE112005002262T2涉及一种等离子体支持的氮氧化物还原，其中，在还原催化反应器的上游添加优选来自环境空气的臭氧，环境空气被用非热的等离子体处理。欧洲专利文献的德语译文DE69911242T2说明了一种用于从内燃机的废气中清除排放物的设备，其中，该设备包括非热的等离子体反应腔，液态的燃料被导引通过该反应腔，其中，在此产生了反应的、气态的还原剂。这些反应的还原剂输送给被废气穿流的还原催化剂。

发明内容

发明优点

本发明提供了一种用于内燃机的废气后处理系统，内燃机尤其至少部分设置用于燃烧含甲烷的气体。废气后处理系统在此包括至少一个甲烷氧化催化装置。按照本发明，废气后处理系统还包括至少一个用于在废气中产生等离子体的装置。在此特别优选的是产生一种非热的等离子体。作为非热的等离子体指的是那些不处于热平衡中的等离子体。在此产生了氧化的和还原的自由基。特别是从水形成了OH基以及从CO₂或O₂形成了O基，它们作用于甲烷以及因此容易达到进一步的催化氧化。因此，通过伴随等离子体以及特别是非热等离子体的产生而来的自由基化学，这样来支持甲烷在甲烷氧化催化装置中的氧化，即，降低甲烷氧化催化装置的起燃温度。按本发明的废气后处理系统的这个优势尤其在主要是稀薄的燃烧废气中起作用，因为特别是在燃气发动机的鉴于效率被优化的稀燃运行中，在甲烷氧化催化剂中的甲烷完全氧化所需的温度通常未被达到。

在按本发明的废气后处理系统的一种优选的设计方案中，用于产生等离子体的装置被布置，特别是直接布置在甲烷氧化催化装置的上游。因为在等离子体中产生的自由基通常寿命很短，所以当用于产生等离子体的装置直接布置在甲烷氧化催化装置的上游时，基于此的自由基化学可以以特别有利的方式展开。系统可以尤其被这样设计，使得等离子体在甲烷氧化催化装置的上游被点燃以及然后所产生的等离子体被引入甲烷氧化催化装置中。

在废气后处理系统的另一个特别优选的设计方案中，甲烷氧化催化装置被集成在用于产生等离子体的装置中。在此，自由基直接在甲烷氧化的地点上被产生，因而在这个设计方案中，甲烷氧化的支持可以通过所产生的自由基以特别有利的方式展开。在此，等离子体化学的气相反应和甲烷后续产物、例如甲醇的催化氧化，在一定程度上平行进行。甲烷氧化催化装置到用于产生等离子体的装置中的集成可以例如通过为设置用于产生等离子体的电介质用一种甲烷氧化催化材料的涂层而实现。