排气后处理系统及用于排气后处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种排气后处理系统。本发明还涉及一种用于排气后处理的方法。
【背景技术】
[0002]为了使由燃烧所产生的含碳颗粒物的量最小化，通常使用所谓的颗粒过滤器。从文件US 4415344 A中获知一种典型的颗粒过滤装置。在这种颗粒过滤器中，由陶瓷、金属或纤维基材所组成的过滤介质接触排气的通流。使排气中所含的颗粒积聚在过滤材料中，并由此防止它们到达过滤器的清洁气体侧。过滤器必须以周期性的间隔加以清除或更换(因为它们被由燃烧的发动机油或燃料所产生的灰分所堵塞)，从而延长其使用寿命。对于更换而言，通常必须关闭车间，这会导致不期望的停工时间，特别是当过滤器涉及到具有高的年使用寿命(annual service life)和利用率要求的发电厂中的车间或者船舶时。
[0003]内燃发动机的排气后处理系统通过实践是已知，该排气后处理系统包括颗粒过滤器，以排气的流动方向来看布置在颗粒过滤器上游的至少一个排气后处理组件，和以排气的流动方向来看布置在颗粒过滤器下游的至少一个排气后处理组件。以流动方向来看位于颗粒过滤器上游的排气后处理组件具体地是用于使一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)的氧化催化转化器。以流动方向来看位于颗粒过滤器下游的排气后处理组件可以是消声器。特别是当用于使NO氧化成NO2的氧化催化转化器以排气流的流动方向来看位于颗粒过滤器的上游时，在氧化催化转化器中，根据以下方程式借助于排气流中所含的残余氧气O2使NO氧化成NO2:
[0004]2N0+02.*—*.2N0 2
[0005]在此将一氧化氮氧化成二氧化氮期间，在高温下氧化反应的平衡朝向一氧化氮的一侧。这导致在高温下极大地限制了可获得的二氧化氮的组分。
[0006]在颗粒过滤器中，氧化催化转化器中提取的二氧化氮与颗粒过滤器中收集的含碳颗粒(所谓的烟粒(soot))被转化成一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和一氧化氮(NO)。在此过程中，以颗粒过滤器的被动再生的方式连续地去除积聚在颗粒过滤器中的含碳颗粒物或烟粒，其中根据以下方程式进行此转化:
[0007]2N02+C — 2N0+C02
[0008]N02+C — N0+C0
[0009]2C+2N02— N z+2C02
[0010]特别地是当采用颗粒过滤器的这种被动再生的方式时，会发生积聚在颗粒过滤器中的含碳颗粒物或烟粒的不完全转化，颗粒过滤器中的碳成分或烟粒成分增加，其中颗粒过滤器然后具有堵塞的倾向，其结果是最终布置在排气后处理系统上游的内燃发动机上的所谓的排气背压增加。内燃发动机上的排气背压增加会减小内燃发动机的功率并导致燃料消耗的增加。
[0011]为了避免颗粒过滤器中含碳颗粒物或烟粒的增加和由此导致的颗粒过滤器的堵塞，通过实践还已知的是提供具有催化涂层的颗粒过滤器。在此，优选地采用含铂涂层。然而，这种具有催化涂层的颗粒过滤器的使用仅可以防止颗粒过滤器被含碳颗粒物(即被烟粒)装填到不充分的程度。
[0012]特别是当通常在船用柴油发动机、内燃发动机使用高度含硫燃料(举例来说，例如重质燃料油)来运行的情况下，其中排气后处理系统正在运行时，所存在的进一步的问题是由于灰分的密集积聚，同样可能发生排气后处理系统的颗粒过滤器的堵塞。尤其在内燃发动机使用重质燃料油来运行的情况下，通过产生的灰分可能显著地缩短颗粒过滤器的维修间隔期，使得排气后处理系统的有效操作不再可能。
【发明内容】
[0013]由此出发，本发明基于建立一种新型的排气后处理系统和用于该排气后处理的新型方法的目的。此目的通过根据权利要求1所述的排气后处理系统来实现。
[0014]根据本发明的排气后处理系统包括颗粒分离器，该颗粒分离器采用位于内燃发动机下游的用于从排气中去除烟粒和灰分颗粒的含粒料(granulate-containing)移动床反应器或流化床反应器的形式，其中可以将在颗粒分离器中待纯化的排气经由至少一个排气供给管线提供至颗粒分离器，其中可以将在颗粒分离器中已纯化的排气经由至少一个排气管线从颗粒分离器中排出，其中可以将粒料经由至少一个粒料供给件(granulate feed)提供至颗粒分离器，其中可以将粒料经由至少一个颗料排出件从颗粒分离器中排出，其中在颗粒分离器中排气在粒料周围流动并且在此过程中烟粒和灰分颗粒附着到粒料上和/或结合到粒料中和/或与粒料反应，并且其中可以将粒料连同烟粒和灰分颗粒和/或其反应产物经由该或各粒料排出件(granulate drain)从颗粒分离器中排出。
[0015]此外，根据本发明的排气后处理系统包括指定用于颗粒分离器的分离装置，该分离装置用于将与粒料和/或其反应产物一起从颗粒分离器中分离出的烟粒和灰分颗粒与粒料分离，并且用于使与烟粒和灰分颗粒分离和/或与其反应产物分离的粒料经由至少一个粒料供给件至少部分返回至颗粒分离器中。
[0016]本发明提出了一种排气后处理系统，所述排气后处理系统包括:采用含粒料移动床反应器或流化床反应器的形式的至少一个颗粒分离器和指定用于颗粒分离器的分离装置。在颗粒分离器中，可以将烟粒和灰分颗粒有效地从排气中分离并经由粒料排出。在分离装置中，可以将粒料与烟粒和灰分颗粒分离和/或与烟粒和灰分颗粒与粒料的反应产物分离，从而使经清洁的粒料至少部分地再次返回至颗粒分离器。因此，有效的排气纯化，即将烟粒和灰分颗粒从内燃发动机的排气中去除，是可能的。特别是在使用重质燃料油(其被应用于例如船舶上)运行的内燃发动机的情况下，可以实现烟粒和灰分颗粒从内燃发动机的排气中的有效去除。
[0017]根据有益的进一步改进，将颗粒分离器设计为以排气在水平方向上流经颗粒分离器的方式使其处于排气与粒料的错流中的移动床反应器或流化床反应器，这样可以将粒料经由该或各粒料供给件提供至颗粒分离器并且可以经由该或各粒料排出件从底部排出，并且在该或各粒料供给件与该或各粒料排出件之间粒料的移动或流动方向是在相对于排气流动方向交叉运行的垂直方向上。这样的错流颗粒分离器允许特别有效地从内燃发动机的排气中去除烟粒和灰分颗粒。
[0018]优选地，颗粒分离器具体化为多个级，其中排气连续地流经颗粒分离器的各个单独的级，并且其中在各单独的级中粒料的化学组成和/或粒料的尺寸和/或粒料的移动或流动速度和/或排气的流速相互偏离。由此，可以进一步提高从内燃发动机排气中去除烟粒和灰分颗粒的效率。
[0019]根据有益的进一步改进，排气后处理系统包括布置在颗粒分离器上游和内燃发动机下游的用于使SO2氧化成SO 3的氧化催化转化器，其中SO 3和/或沉析的H #04用于在颗粒分离器中直接氧化烟粒。借助于用于使SO2氧化成SO3的氧化催化转化器，可以改善颗粒分离器中烟粒的氧化。
[0020]根据更有益的进一步改进，将用于使NO氧化成勵2的氧化催化转化器布置在颗粒分离器的上游和内燃发动机的下游，其中~02用于使颗粒分离器中烟粒氧化，并且其中用于使NO氧化成NO2的氧化催化转化器并联地连接到用于使SO 2氧化成SO 3的氧化催化转化器并且可以通过切断阀使其从排气流中切断。在内燃发动机使用相对高度含硫的燃料运行的期间，可以经