Systeme, Eigenschaften, Einsatzbedingungen, Technische Weiterentwicklungen

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1 Rußpartikelfilter Systeme, Eigenschaften, Einsatzbedingungen, Technische Weiterentwicklungen Sommer-Verfahrenstechnik Zillestrasse 14a, Saalfeld Tel.: +49 (0) TEHAG AG Mettschlatterstrasse 10, CH 8252 Schlatt info@tehag.ch Tel.: +41(0)

2 Büro Sommer, Sommer-Verfahrenstechnik Partikelabscheidung Rußpartikelabscheidung Planung von Verbrennungsund Abgasreinigungsanlagen Wartung und Instandhaltung von Verbrennungsanlagen Gutachten Forschung zur Sauerstoffbereitstellung

3 Kraftstoff Diesel Schlüsselfaktoren für Qualität - Herstellung - cracken und veredeln - Lagerung + Transport - Temperatur, Kondensation -Zeit - Pumpen und Motorzustand - denn, die organische Substanz ist instabil Eigenschaften neuer Kraftstoffe Schwefelentfernung durch Hydrodesulfurisation Schmierfähigkeit Oxydationsstabilität Viskosität

4 Vorteile des Einsatzes von Diesel Höhere Leistungsausbeute Geringere Kohlenwasserstoffemissionen PAK`s und PZK`s geringerer CO 2 -Ausstoß bis zu 15% geringerer Verbrauch wartungsarme Motoren

5 Nachteile des Einsatzes von Diesel Geräuschentwicklung bei Kaltstart Rauchentwicklung Unvollständige Verbrennung beim Kaltstart Erhöhter NOx-Ausstoß um den Faktor 3 Rußpartikelemissionen ohne Rußfilter Faktor 100 bis 1000

6 Gesundheitliche Auswirkungen Stickoxide begünstigen den Ozon-Abbau Dieselpartikel Atemwegserkrankungen, ca Todesfälle/a in der BRD lungengängig, damit Krebs erregend, Reduzierung der Lebenserwartung um 8 Monate sog. PM 10 Partikel, < 10 µm in den Blutkreislauf übergehend sog. PM 2,4 Partikel, < 2,5 µm

7 Gesetzlicher Rahmen Emission Standards Diesel Engines NOx HC CO Partikel Einführung g/kwh g/kwh g/kwh g/kwh Euro 1 8 4,2 11,2 0, Euro 2 7 1,1 4 0, ETC-Test ETC-Test ETC-Test Euro 3 5 0,66 2,1 0, Euro 4 3,5 0,46 1,5 0, Euro 5 2 0,25 1,5 0, g/km mg/km Euro 5 0, USA 0, Kalifornien 0,

8 Reinigungsverfahren, Primärmaßnahmen Motorentwicklung Additive Zündverhalten Common Rail Technologie Aufwendigere Steuerung der Verbrennung Bereits notwendig bei schwefelarmen Diesel Lagerung / Transport / Mechanische Behandlung Lagerbedingungen Verbrennungsbedingungen Bakterienbildung Ablagerungen Polymerisation Kleinere Tröpfchen Mehr Sauerstoff in den Prozess

9 Reinigungsverfahren, Sekundärmaßnahmen Partikelfilter Wirkungsweise: Rußanlagerung, Bildung eines Filterkuchens, Rußabbrand Grenzen: Abgastemperatur, Gegendruck am Motor bei zugesetztem Filter Verfahren Aktive Filter mit externer Energie Dieselbrenner Elektrisch Passive Filter, selbst reinigend DPX CRT geschlossene/offene Systeme

10 Reinigungsverfahren, Sekundärmaßnahmen Aktive Filter mit externer Energie Dieselbrenner: Elektrisch: Bei einem festgelegten Staudruck am Filter wird ein Dieselbrenner gestartet. aber: Probleme, wenn Brenner nicht startet!! Bei einem festgelegten Staudruck am Filter wird eine elektrische Zusatzheizung am Filter eingeschaltet. aber: nur beim stehenden Fahrzeug!! Passive Filter, selbst reinigend DPX: CRT: Das Filterelement selbst ist katalytisch beschichtet. Ein Oxydationskatalysator und ein Filterelement sind in Reihe geschaltet. Die Bereitstellung des zum Abbrand notwendigen Sauerstoffs erfolgt aus den Reaktionen, durch Additive im Kraftstoff oder durch Zusätze zum Katalysatormaterial.

11 Reinigungsverfahren, Sekundärmaßnahmen geschlossene oder offene Systeme? geschlossene Systeme: Abscheidung > 95 % offene Systeme: Abscheidung < 80 % Filterelement mit Wabenstruktur und einer definierten Mikro-Offenporigkeit. Der Porendurchmesser liegt derzeit bei ca. 15 µm. Problem: Subjektive Sicherheit, denn Feinstaub wird durchgelassen! Sekundäremissionen beim Abbrand des Filterkuchens(Dioxine/Furane, PAH, PAK) hoher Druckverlust im Abgasweg Filterelemente mit einer vollständigen Makro-Offenporigkeit. Der Porendurchmesser liegt im mm Bereich. Problem: Es muss sichergestellt werden, dass die Schadstoffe beim Durchfliegen des Elementes vollständig oxidiert werden. Vorteil: wesentlich geringerer Druckverlust im Abgasweg

12 Partikelfiltersysteme, DPX System

13 Partikelfiltersysteme, DPX System Garantie Die Garantiezeit für das Filterelement beträgt 2 Jahre oder 4000 Betr.Std. (Kriterium, welches zuerst eintritt), wenn Temperaturaufzeichnungen mittels Datenlogger zur Verfügung gestellt werden. Forderung: 15 % der Betriebszeit >275 C Werden keine Temperaturaufzeichnungen bereitgestellt, kann keine Funktionsgarantie übernommen werden. Die Garantie umfasst nur die gelieferten Teile. Defekte durch Korrosion sind über 5 Jahre abgedeckt.

14 Partikelfiltersysteme, CRT System

15 Partikelfiltersysteme, Materialauswahl Keramik: Ausgangspunkt der Entwicklung war der Einsatz von Cordierit. Massenhersteller: Corning USA NGK Japan Beschichtungen: Engelhardt USA Aktuell zeichnet sich ein Wechsel zu RSiC und SiSiC ab. Sintermetalle: Edelstahl: Neuere Entwicklungen: Deutsche Entwicklung, gerade erst am Markt verfügbar Lizenzvergabe an Bosch erfolgt, somit Massenprodukt. Parallelentwicklung, gelochte oder gesickte dünnste Edelstahlbleche, die anschließend zu einem Körper gewickelt werden. Schaumkeramik oder Schaummetalle, Einsatz neuer keramischer Materialien mit Sauerstoffspeichereigenschaften

16 Partikelfiltersysteme, Sintermetallfilter

17 Partikelfiltersysteme, Systemauswahl Wichtig:! ein einziges optimales System gibt es nicht! Für jeden Einsatzfall sollte das jeweils optimale System ausgewählt werden. Kriterien dazu sind: Motorleistung, Motortyp und Motorzustand Betriebsweise, Betriebstemperatur Ausbrandqualität, Ölabwurf Anzahl der Systeme Wartungskapazitäten Nächster Schritt: Montage und Testphase Dauerbetrieb, 1 Wartung pro Jahr

18 Partikelfiltersysteme, Idee eines offenen Systems

19 Partikelfiltersysteme, Eigenschaften eines offenen Systems CO, HC und Kohlenstoff PM (Ruß) vergleichbar mit DPX Nanopartikel < 2,5 µm Ruß werden auch reduziert Benötigt weniger NOx als bestehende Systeme Diesel mit Schwefel-Gehalt bis 350 ppm möglich Bisher nicht reglementierte Schadstoffe werden auch erfasst Aldehydes, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) Kohlenstoff PM Abbrand ab T 200 C Regenerationszeit kürzer als bei Keramikwabe Asche wird nicht abgelagert, daher wartungsfrei Gegendruck geringer als bei Keramikwabe

20 Partikelfiltersysteme, aktuelle Entwicklungen Hauptprobleme: Lösungsansätze: Hoher Gegendruck auf den Motor bei geschlossenen Systemen Noch unzureichende Abscheidewerte bei offenen Systemen Sekundäremissionen beim Rußabbrand Mangelhafte Sauerstoffbereitstellung bei guten Motoren (NOx) Wartungsaufwand Einsatz von Keramiken mit Sauerstoffspeichereigenschaften Bessere Verbrennung reduziert die Sekundäremissionen Direkte elektrische Aktivierung auch im Betrieb der Fahrzeuge Verbesserung von offenen Systemen durch Einsatz von Schaumkeramik Katalytische Beschichtung mit effektiveren Coatings (weniger Edelmetalle)

21 Ausblick Gesetzliche Maßnahmen Verschärfung bereits bestehender Regelungen Ausweitung internationaler Verträge Technische Maßnahmen Einfachere Bauweise der Filter Neue Keramiken mit Sauerstoffspeicherung Aktivere Beschichtung Motorenentwicklung Neue Technologien (Hybridmotor, Brennstoffzelle)

22 Regelungstechnik

23 Referenzobjekte, 1. Kompressor Engelhard DPX 8939 für Kompressor Atlas Copco Typ: XAS 66 DDG Motor: Deutz Typ F3 L 1011 F 27,3 kw Kunde: Walo Bertschinger

24 Referenzobjekte, 2. Gleisbaumaschine Schienenschleifmaschine RGU 2000 Hersteller: Loram (USA) Motor: Cummins QSX15L, 350 kw Filtereinbau: Kunde: Schweerbau GmbH & Co. KG

25 Referenzobjekte, 3. Lokomotive mit CATMotor A I T System ( Air Intake Throttling) zur Regelung der Abgastemperaturen. Die Klappensteuerung wird Lamdageregelt und erzeugt ein volllastähnliches Luft/Brennstoffgemisch. Keine Beeinflussung der Maschinenleistung, Erreichen von Temperaturen, die denen von 80% der Abregeldrehlzahl entsprechen. Lokomotive mit CAT Motor 3512 D1-TA 900 kw Einsatz Rangierbetrieb

26 Referenzobjekte, 4. Stopfmaschine Schotterstopfmaschine Wieger Motor: Deutz F8L 413, 149 kw Filtereinbau: Kunde: SERSA AG, Schweiz

27 Referenzobjekte, 5. Diesellokomotive I. Diesellokomotive Serie 2200 Hersteller: Stork (1954) Motor: Cummins QST30G2, 700 kw Filtereinbau: Kunde: Strukton Rail infra, NL

28 Referenzobjekte, 5. Diesellokomotive II.

29 Referenzobjekte, 5. Diesellokomotive III.

30 Referenzobjekte, 6. Radlader Pneulader Zettelmeyer Engelhard DPX Typ: ZL 402 C Motor: Deutz F 3 L 1011 F 27,3 kw

31 Referenzobjekte, 7. Bus

32 Referenzobjekte, 7. Saugwagen

33 Zur Information, Filterelement Corning/Engelhardt

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