Institut für Technische Thermodynamik (ITT)

Anwendung eines chemischen Mechanismus in der flüssigen Phase für die Zersetzung von Harnstoff-Wasser-Lösung in Abgas

Abgasnachbehandlung, besonders zur Vermeidung von Stickoxid-Emissionen, stellt durch
strenge Abgasnormen eine große Herausforderung dar. Zur Erfüllung dieser Normen
kommt immer häufiger die selektive katalytische Reduktion (SCR) auf Basis von Harnstoff-
Wasser-Lösung (HWL) zum Einsatz. Zur Verbesserung der Leistung solcher SCR
Systeme müssen noch verschiedene technische Schwierigkeiten gelöst werden. Bei der
Zersetzung von HWL kommt es häufig zur Bildung von festen Ablagerungen, die sich nur
schwer entfernen lassen. Zudem ist eine gute Verteilung und vollständige Zersetzung des
Harnstoffes zu Ammoniak vor dem Katalysator sehr wichtig. Um Lösungsansätze für diese
Schwierigkeiten zu finden, werden detaillierte Simulationen des Abgasstranges
durchgeführt.
Bisher wurde die Zersetzung von Harnstoff oft über ein Verdunstungsmodell modelliert.
Inzwischen sind aber auch chemische Mechanismen für diesen Prozess verfügbar, die
auch die Anlagerungsbildung beschreiben können. Ein solcher Mechanismus soll nun für
die Untersuchung der Verdunstung und Zersetzung von HWL Tropfen und Wandfilmen im
institutseigenen Code INSFLA genutzt werden. Dabei soll die Anwendbarkeit dieses
Mechanismus für die verschiedenen Anwendungsfälle validiert werden. Als Vorbereitung
für die spätere Entwicklung reduzierter Simulationsmodelle ist ebenfalls die Analyse der
chemischen Zeitskalen notwendig.


Im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit sollen hierfür die relevanten Stoffdaten und
Reaktionen gesammelt und schrittweise in das Modell integriert und anhand eines
einfachen Referenzfalles validiert werden. Im weiteren Verlauf soll dann eine
Parameterstudie sowohl für Film- als auch Tropfengeometrie für verschiedene
Randbedingungen (Temperatur, Gaszusammensetzung) durchgeführt werden. Hierbei
sollen insbesondere mögliche Grenzen des Modells und des Mechanismus identifiziert
werden. Als letzter Schritt werden dann die Ergebnisse genutzt werden um die
chemischen Zeitskalen in der flüssigen Phase zu bestimmen.