用于后處理組件的改進(jìn)脫硫的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于后處理組件的改進(jìn)脫硫的系統(tǒng)、方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年2月16日提交的第61/765，715號臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容出于所有目的通過引用并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)通常利用后處理裝置來處理發(fā)動(dòng)機(jī)排氣并減少排氣排放。常用的裝置包括催化元件，諸如氧化催化器、催化微粒過濾器和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。許多催化元件具有當(dāng)隨著時(shí)間的推移暴露于硫化合物時(shí)而被中和、去活化或經(jīng)歷降低的效力的催化劑材料。隨著時(shí)間的推移由硫引起的去活化是累積過程，從而限制了催化組件的有效壽命，或者需要定期去除硫化合物。
[0004]目前公知的除硫方法需要使目標(biāo)后處理組件達(dá)到非常高的溫度，通常甚至要達(dá)到超過微粒過濾器的再生溫度的溫度。典型的除硫方法涉及超過650°C、700°C或750°C的溫度。由于催化劑的組成、物理結(jié)構(gòu)和材料、滿足催化劑任務(wù)所需的活動(dòng)水平，在900°C、850°C、800°C或更低溫度處會發(fā)生催化劑的立即失效，從而限制后處理系統(tǒng)中在各種操作條件下的反應(yīng)機(jī)制(例如，質(zhì)量傳遞受限-孔擴(kuò)散、體擴(kuò)散或表面擴(kuò)散、反應(yīng)速率受限等)。即使在設(shè)計(jì)的除硫范圍內(nèi)的較低的溫度下，也會發(fā)生催化器和其它組件的大大加速的老化。另外，在正常應(yīng)用操作過程中通常不會經(jīng)歷或僅很少經(jīng)歷的需要高溫的情況下，目前公知的脫硫操作可顯著影響燃料經(jīng)濟(jì)性、發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)性能和/或在操作過程中不實(shí)用，并且需要作為服務(wù)事件來進(jìn)行脫硫。脫硫性能不理想，因?yàn)檫@會增加成本并導(dǎo)致系統(tǒng)的停機(jī)。
[0005]由于待再生的后處理組件通常與整個(gè)排氣系統(tǒng)相聯(lián)，所以，當(dāng)除硫在應(yīng)用操作過程中進(jìn)行(例如，對于在野外的卡車)，甚至在一些情況下作為服務(wù)事件進(jìn)行時(shí)，整個(gè)后處理系統(tǒng)與待再生組件類似地被加熱。如果對單一后處理組件隔離進(jìn)行加熱，則去除和服務(wù)過程必須在該過程期間在使應(yīng)用(例如，車輛)脫離下進(jìn)行。
[0006]先前公知的除硫方法過程中經(jīng)歷的高溫大大增加了后處理系統(tǒng)的催化器和其它組件的老化。另外，再生組件上游的組件可能需要被加熱到甚至更高的溫度，以適應(yīng)系統(tǒng)中的熱損失并確保下游再生組件達(dá)到所需的溫度。該系統(tǒng)對組件老化和除硫的響應(yīng)與溫度大體呈指數(shù)關(guān)系。因此，除硫溫度的微小控制變化大大延長除硫過程時(shí)間(低溫)，導(dǎo)致除硫過程失敗(溫度過低)、大大增加催化組件或其它后處理組件的老化(高溫)、或者導(dǎo)致催化組件或其它后處理組件的立即失效(溫度過高)。脫硫過程中的溫度控制不佳會導(dǎo)致過度老化以及延長的脫硫時(shí)間，因而，期望該領(lǐng)域有進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文中所公開的一個(gè)實(shí)施方式涉及用于在確定SCR組件的硫值超過硫再生閾值之后增加進(jìn)入選擇性催化還原(SCR)催化器的、來自發(fā)動(dòng)機(jī)的NO量的獨(dú)特方法。在另一實(shí)施方式中，公開了包括內(nèi)燃機(jī)、SCR組件、氧化催化器以及控制器的系統(tǒng)，其中，控制器構(gòu)造為響應(yīng)于確定SCR組件的硫值超過硫再生閾值而提供NO增加命令。在附加實(shí)施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備構(gòu)造為響應(yīng)于SCR組件的硫值而提供催化器再生命令，并且響應(yīng)于催化器再生命令而提供NO增加命令和N02減少命令中的至少一種。
[0008]根據(jù)下文描述和附圖，其它實(shí)施方式、形式、目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、方面和益處將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0009]圖1是包括發(fā)動(dòng)機(jī)和示例性排氣后處理系統(tǒng)的系統(tǒng)的示意框圖。
[0010]圖2是在功能上執(zhí)行某些操作以確定流量不平衡值的控制器的示意圖。
[0011 ] 圖3是示出了在400°C的進(jìn)料氣體溫度下在NO、N02和NH3的各種選擇性催化還原劑入口濃度下的除硫的線形圖。
[0012]圖4是示出了在400°C的進(jìn)料氣體溫度下在用N0+NH3漸進(jìn)處理下NOx轉(zhuǎn)化的改善的線形圖。
[0013]圖5是示出了用于再生暴露于硫的SCR催化器的示例性過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]出于促進(jìn)對本發(fā)明的原理的理解的目的，以下將參照附圖中所示的實(shí)施方式，并使用具體語言對其進(jìn)行描述。然而，應(yīng)理解的是，并不旨在由此限制本發(fā)明的范圍，并且本文中設(shè)想了本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員通常進(jìn)行的對所示實(shí)施方式的任何改變和進(jìn)一步修改、和對本文中所示的本發(fā)明的原理的任何進(jìn)一步應(yīng)用。
[0015]參照圖1，系統(tǒng)100包括產(chǎn)生具有NOja分的排氣的內(nèi)燃機(jī)102。內(nèi)燃機(jī)102可以是本領(lǐng)域中公知的任何種類，包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生具有NOx的排氣的任何其它發(fā)動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)100包括可操作地聯(lián)接至排氣的選擇性催化還原(SCR)組件106。在示例性系統(tǒng)100中，排氣通過SCR組件106，其中排氣中的一部分NOx實(shí)時(shí)地或在吸附-反應(yīng)循環(huán)或吸附-解吸-反應(yīng)循環(huán)中被轉(zhuǎn)化為N2。系統(tǒng)100還包括在SCR組件106的上游位置處可操作地聯(lián)接至排氣的氧化催化器104。氧化催化器104通過設(shè)計(jì)或作為操作的副作用對排氣進(jìn)行若干操作，包括排氣中的氧化未燃燒的烴(HC)，以及通過將排氣中的一部分NO氧化為N02。排氣中的NOx可作為NO和NO2存在，并且在某些實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)102產(chǎn)生的NO比勵(lì)2多，并且在某些條件下，氧化催化器104有效地將NO轉(zhuǎn)化為NO 2，以使得在系統(tǒng)100的某些總體操作條件下，氧化催化器104下游的排氣中的勵(lì)2量可顯著高于氧化催化器104上游的排氣中的~02量。
[0016]排氣還含有一定量的硫。硫可作為內(nèi)燃機(jī)102中的燃料或各種潤滑劑的組分存在。硫被吸附到SCR組件106上，從而取代用于NOx轉(zhuǎn)化的催化劑位點(diǎn)，并“毒化”或降低SCR組件106的NOjMt效率。所吸附的硫是相對永久的狀態(tài)，并且在目前公知的現(xiàn)有技術(shù)中，以顯著的量將硫驅(qū)逐出來并使催化器再生需要非常高的溫度。使催化器再生所需的高溫可損壞SCR組件106、氧化催化器104或者發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的其它催化器或組件或縮短SCR組件106、氧化催化器104或者發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的其它催化器或組件的工作壽命。高溫也相對昂貴(燃料經(jīng)濟(jì)性、零件磨損增加、使用壽命縮短等)，并且取決于內(nèi)燃機(jī)102和系統(tǒng)100的工作循環(huán)和操作條件，高溫不方便實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)。
[0017]在某些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的裝置。用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的裝置的非限制性實(shí)例在下文進(jìn)行描述，但本文所述的用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的任何裝置都被設(shè)想為用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的裝置。
[0018]用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的示例性裝置包括提高排氣溫度。用于提高排氣溫度的示例性操作包括但不限于在內(nèi)燃機(jī)102中提供后注入加燃料、延遲內(nèi)燃機(jī)102中的燃料定時(shí)、在氧化催化器104的上游注入烴(例如，通過注入器112)以提高溫度、部分關(guān)閉進(jìn)氣節(jié)流閥124、提高EGR流126的速率、部分關(guān)閉排氣節(jié)流閥122、通過例如可變幾何渦輪增壓器(VGT)提高來自渦輪增壓器(未示出)的反壓。用以升高排氣溫度的操作是非限制性實(shí)例。本文設(shè)想了降低氧化催化器104的將NO轉(zhuǎn)化為N02的效率的任何排氣溫度操作。諸如增加EGR流126的速率的某些操作具有減少總^^^排放的競爭效果。因此，受益于本文的公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，僅在某些操作條件下，增加總
NO部分同時(shí)降低總NO ,的競爭效果可導(dǎo)致進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出NO增加。在不同的操作條件和/或操作時(shí)間下，在特定的系統(tǒng)中可使用各種用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出NO的裝置。
[0019]用于增加進(jìn)入SCR組件106的發(fā)動(dòng)機(jī)NO量的另一非限制性裝置包括圍繞位于SCR催化器組件106上游的氧化催化器104旁通所有或一部分排氣。例如，系統(tǒng)100可包括旁通閥118以及繞過所有或一部分氧化催化器104的旁通管線120。當(dāng)氣體繞過氧化催化器104時(shí)，氧化催