选择性催化还原催化剂的诊断和处理的制作方法
【专利说明】选择性催化还原催化剂的诊断和处理
[0001 ] 领域
[0002]本申请的主题总体上涉及用于内燃机的废气后处理系统，并且更具体地涉及诊断和处理基于钒的选择性催化还原(SCR)催化剂。
[0003]背景
[0004]近年来，内燃机的排放规定已经变得越来越严格。在世界的很多地方，环境关注已经促进实施内燃机的更严格的排放要求。政府机构，例如美国的环境保护署(EPA)，仔细地监测发动机的排放质量并且设定所有发动机必须遵守的可接受的排放标准。通常，排放要求根据发动机类型而变化。用于压缩点火(柴油机)发动机的排放测试通常监测柴油机颗粒物质(PM)、氮氧化物(N0X)、以及未燃的碳氢化合物(UHC)的释放。
[0005]废气后处理系统接收并且处理由内燃机产生的废气。典型的废气后处理系统包括被配置成降低存在于废气中的规定的废气排放物的水平的多种部件中的任何。例如，用于柴油驱动的内燃机的某些废气后处理系统包括多种部件，例如柴油机氧化催化剂(D0C)、颗粒物质过滤器或柴油机颗粒过滤器(DPF)、以及选择性催化还原(SCR)催化剂。在某些废气后处理系统中，废气首先通过柴油机氧化催化剂，然后通过柴油机颗粒过滤器，并且随后通过SCR催化剂。
[0006]SCR催化剂降低存在于废气中的氮氧化物(N0X)的量。通常，SCR催化剂被配置成在氨(NH3)和SCR催化剂的催化材料的存在下，将N0X还原成诸如ν#ρη2ο之类的成分。因为氨不是燃烧过程的天然副产物，所以它必须在废气进入SCR催化剂之前被人工地引入到废气中。通常，氨不直接被注射至废气中，这归因于与气体氨的储存有关的安全考虑。因此，常规系统被设计成将还原剂(例如，柴油机废气处理液(diesel exhaust fluid) (DEF)、氨、金属氯化物盐等等)注射至废气中，所述废气能够在废气的存在下在某些条件下分解成气体氨。通常被常规的废气后处理系统使用的还原剂是DEF，其是脲-水溶液。
[0007]在世界的某些地方，使用的常见SCR催化剂是基于钒的SCR催化剂。通常，基于钒的SCR催化剂包括载体层和由基于钒的催化材料制成的催化层。基于钒的SCR催化剂提供超过由其他催化材料制成的SCR催化剂的某些优点。然而，当硫存在于通过SCR催化剂的废气流中时，基于钒的SCR催化剂对硫中毒是特别地敏感的。硫中毒倾向于降低关于SCR催化剂的N0X还原或转化的效率。
[0008]对于具有最小的硫含量的燃料，避免了基于钒的催化剂的硫中毒。然而，对于具有相对高的硫含量的燃料，基于钒的催化剂的硫中毒是相当常见的。相应地，某些发动机系统包括检测硫中毒的存在的车载诊断，并且当硫中毒被检测到时使发动机慢转。由于硫中毒而慢转的发动机需要维修，这可能是耗时的并且昂贵的。此外，用于验证在基于钒的催化剂上的硫中毒的存在的验证过程(例如，以避免假阳性)，或用于恢复中毒的SCR催化剂的恢复过程，可能是不可用的或无效的。因此，初始诊断为硫中毒的基于钒的催化剂常常被新的催化剂替换并且被丢弃，这引入高的保修成本和钒废弃物处置问题。可选择地，即使有效的验证过程和恢复过程是可用的，这样的过程通常需要过多的操作成本和广泛的人员培训。
[0009]概述
[0010]响应于本领域现在的状态且特别地响应于还没有被当前可用的用于废气后处理催化剂的诊断过程和恢复过程完全解决的在废气后处理催化剂领域中的问题和需求，已经开发了本申请的主题。一般地，本申请描述用于诊断和恢复中毒的SCR催化剂的设备、系统、以及方法的各种实施方案，它们克服现有技术的多个缺点。
[0011 ]根据一个实施方案，SCR催化剂处理系统包括:基于钒的SCR催化剂，其被水溶性污染物污染；以及水递送系统，其被配置成将水应用至基于钒的SCR催化剂，以从基于钒的SCR催化剂除去水溶性污染物。
[0012]在SCR催化剂处理系统的某些实施方式中，水溶性污染物包括硫或含硫化合物。水溶性污染物可以是硫酸盐。在某些实施方式中，水溶性污染物是硫酸铵盐或硫酸氢铵盐中的至少一种。
[0013]根据某些实施方式，水递送系统包括容纳水的容器。基于钒的SCR催化剂位于由容器容纳的水中。SCR催化剂处理系统还可以包括污染物除去验证系统，所述污染物除去验证系统包括用于检测水中的污染物的数量的污染物检测装置。污染物除去验证系统还包括用于检测基于钒的SCR催化剂上的污染物的数量的污染物检测装置。用于检测水中的污染物的数量的污染物检测装置与用于检测基于钒的SCR催化剂上的污染物的数量的污染物检测装置不同。基于在基于钒的SCR催化剂上的污染物的数量和在水中的污染物的数量之间的差，除去验证系统可以确定污染物从基于钒的SCR催化剂的除去。除去验证系统指示，如果基于钒的SCR催化剂上的污染物的数量和水中的污染物的数量之间的差低于阈值，则基于钒的SCR催化剂被去污。
[0014]在某些实施方式中，SCR催化剂处理系统还包括与内燃机废气接收连通的废气后处理系统。基于钒的SCR催化剂位于废气后处理系统内。此外，水递送系统被耦合至废气后处理系统并且被配置成将水给料至废气后处理系统中。水递送系统可以包括水源和给料器，所述给料器将水从水源注射至基于钒的SCR催化剂的废气上游中。在某些实施方式中，水递送系统包括水源和给料器，所述给料器将水从水源直接注射至基于钒的SCR催化剂上。
[0015]根据另一个实施方案，用于处理被硫污染物污染的SCR催化剂的方法包括通过由将水应用至SCR催化剂组成的工艺从SCR催化剂除去硫污染物。SCR催化剂可以是基于钒的SCR催化剂并且硫污染物可以是硫酸盐。将水应用至SCR催化剂可以包括将SCR催化剂浸泡在水中。SCR催化剂可以形成废气后处理系统的一部分，并且将水应用至SCR催化剂可以包括将水给料至废气后处理系统中。
[0016]在某些实施方式中，该方法还包括通过测量在水中的硫的数量来确定从SCR催化剂除去的硫污染物的数量。该方法还可以包括测量在SCR催化剂上的硫污染物的数量，以及通过比较在水中的硫污染物的数量和在SCR催化剂上的硫污染物的数量来验证硫污染物从SCR催化剂的除去。
[0017]在又另一个实施方案中，SCR催化剂处理系统包括被硫酸盐污染的基于钒的SCR催化剂，以及容纳一定体积的水的容器。基于钒的SCR催化剂位于一定体积的水中，并且水随着时间从基于钒的SCR催化剂除去硫酸盐。系统还包括测量在基于钒的SCR催化剂上的硫酸盐的数量的第一硫酸盐检测装置和测量在一定体积的水中的硫酸盐的数量的第二硫酸盐检测装置。
[0018]在整个本说明书中对特征、优点的引用或类似语言并不意味着可以用本公开内容的主题实现的所有特征和优点应该是或是在任何单个实施方案中。更确切地说，提及特征和优点的语言被理解为意指与实施方案结合所描述的特定特征、优点或特性被包含在本公开内容的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书中对特征和优点的讨论以及类似语言可以但未必指的是相同的实施方案。
[0019]本公开内容的主题的所描述的特征、结构、优点和/或特性可以以任何适当的方式在一个或更多个实施方案和/或实施方式中组合。在以下的描述中，提供了多个具体的细节以赋予对本公开内容的主题的实施方案的彻底的理解。相关领域技术人员将认识到，本公开内容的主题可以在没有特定实施方案或特定实施方式的具体特征、细节、部件、材料和/或方法中的一个或更多个的情况下被实践。在其他实例中，另外的特征和优点可以在某些实施方案和/或实施方式中被认识到，且可以不存在于所有实施方案或实施方式中。另外，在某些实例中，众所周知的结构、材料或操作未被示出或详细描述以避免使本公开内容的主题的方面模糊。本公开内容的主题的特征和优点将从以下的描述和所附权利要求中变得较充分地明显，或可以通过实践主题(如在下文中陈述的)而得知。
[0020]附图简述
[0021]为了可以较容易地理解主题的优点，上文简要描述的主题的较具体的描述将通过参照在附图中示出的具体的实施方案来呈现。应理解这些附图仅描绘主题的典型的实施方案并且因此不被看作是对其范围的限制，将通过使用附图利用另外的特征和细节来描述和解释主题，在附图中:
[0022]图1是根据一个实施方案的内燃机的示意性框图；
[0023]图2是根据一个实施方案的污染物累积检测系统的示意性框图；
[0024]图3是根据一个实施方案的SCR催化剂处理系统的示意性框图；
[0025]图4是根据一个实施方案的具有用于检测SCR催化剂浸泡系统的水