用于后处理组件的改进脱硫的系统、方法和设备的制造方法
【专利说明】用于后处理组件的改进脱硫的系统、方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年2月16日提交的第61/765，715号临时申请的优先权，该申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文中。
【背景技术】
[0003]现代内燃机系统通常利用后处理装置来处理发动机排气并减少排气排放。常用的装置包括催化元件，诸如氧化催化器、催化微粒过滤器和选择性催化还原(SCR)系统。许多催化元件具有当随着时间的推移暴露于硫化合物时而被中和、去活化或经历降低的效力的催化剂材料。随着时间的推移由硫引起的去活化是累积过程，从而限制了催化组件的有效寿命，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标后处理组件达到非常高的温度，通常甚至要达到超过微粒过滤器的再生温度的温度。典型的除硫方法涉及超过650°C、700°C或750°C的温度。由于催化剂的组成、物理结构和材料、满足催化剂任务所需的活动水平，在900°C、850°C、800°C或更低温度处会发生催化剂的立即失效，从而限制后处理系统中在各种操作条件下的反应机制(例如，质量传递受限-孔扩散、体扩散或表面扩散、反应速率受限等)。即使在设计的除硫范围内的较低的温度下，也会发生催化器和其它组件的大大加速的老化。另外，在正常应用操作过程中通常不会经历或仅很少经历的需要高温的情况下，目前公知的脱硫操作可显著影响燃料经济性、发动机的任务性能和/或在操作过程中不实用，并且需要作为服务事件来进行脱硫。脱硫性能不理想，因为这会增加成本并导致系统的停机。
[0005]由于待再生的后处理组件通常与整个排气系统相联，所以，当除硫在应用操作过程中进行(例如，对于在野外的卡车)，甚至在一些情况下作为服务事件进行时，整个后处理系统与待再生组件类似地被加热。如果对单一后处理组件隔离进行加热，则去除和服务过程必须在该过程期间在使应用(例如，车辆)脱离下进行。
[0006]先前公知的除硫方法过程中经历的高温大大增加了后处理系统的催化器和其它组件的老化。另外，再生组件上游的组件可能需要被加热到甚至更高的温度，以适应系统中的热损失并确保下游再生组件达到所需的温度。该系统对组件老化和除硫的响应与温度大体呈指数关系。因此，除硫温度的微小控制变化大大延长除硫过程时间(低温)，导致除硫过程失败(温度过低)、大大增加催化组件或其它后处理组件的老化(高温)、或者导致催化组件或其它后处理组件的立即失效(温度过高)。脱硫过程中的温度控制不佳会导致过度老化以及延长的脱硫时间，因而，期望该领域有进一步发展。
【发明内容】
[0007]本文中所公开的一个实施方式涉及用于在确定SCR组件的硫值超过硫再生阈值之后增加进入选择性催化还原(SCR)催化器的、来自发动机的NO量的独特方法。在另一实施方式中，公开了包括内燃机、SCR组件、氧化催化器以及控制器的系统，其中，控制器构造为响应于确定SCR组件的硫值超过硫再生阈值而提供NO增加命令。在附加实施方式中，公开了一种设备，该设备构造为响应于SCR组件的硫值而提供催化器再生命令，并且响应于催化器再生命令而提供NO增加命令和N02减少命令中的至少一种。
[0008]根据下文描述和附图，其它实施方式、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。
【附图说明】
[0009]图1是包括发动机和示例性排气后处理系统的系统的示意框图。
[0010]图2是在功能上执行某些操作以确定流量不平衡值的控制器的示意图。
[0011 ] 图3是示出了在400°C的进料气体温度下在NO、N02和NH3的各种选择性催化还原剂入口浓度下的除硫的线形图。
[0012]图4是示出了在400°C的进料气体温度下在用N0+NH3渐进处理下NOx转化的改善的线形图。
[0013]图5是示出了用于再生暴露于硫的SCR催化器的示例性过程的流程图。
【具体实施方式】
[0014]出于促进对本发明的原理的理解的目的，以下将参照附图中所示的实施方式，并使用具体语言对其进行描述。然而，应理解的是，并不旨在由此限制本发明的范围，并且本文中设想了本发明所涉及领域的技术人员通常进行的对所示实施方式的任何改变和进一步修改、和对本文中所示的本发明的原理的任何进一步应用。
[0015]参照图1，系统100包括产生具有NOja分的排气的内燃机102。内燃机102可以是本领域中公知的任何种类，包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或产生具有NOx的排气的任何其它发动机。系统100包括可操作地联接至排气的选择性催化还原(SCR)组件106。在示例性系统100中，排气通过SCR组件106，其中排气中的一部分NOx实时地或在吸附-反应循环或吸附-解吸-反应循环中被转化为N2。系统100还包括在SCR组件106的上游位置处可操作地联接至排气的氧化催化器104。氧化催化器104通过设计或作为操作的副作用对排气进行若干操作，包括排气中的氧化未燃烧的烃(HC)，以及通过将排气中的一部分NO氧化为N02。排气中的NOx可作为NO和NO2存在，并且在某些实施方式中，内燃机102产生的NO比勵2多，并且在某些条件下，氧化催化器104有效地将NO转化为NO 2，以使得在系统100的某些总体操作条件下，氧化催化器104下游的排气中的勵2量可显著高于氧化催化器104上游的排气中的~02量。
[0016]排气还含有一定量的硫。硫可作为内燃机102中的燃料或各种润滑剂的组分存在。硫被吸附到SCR组件106上，从而取代用于NOx转化的催化剂位点，并“毒化”或降低SCR组件106的NOjMt效率。所吸附的硫是相对永久的状态，并且在目前公知的现有技术中，以显著的量将硫驱逐出来并使催化器再生需要非常高的温度。使催化器再生所需的高温可损坏SCR组件106、氧化催化器104或者发动机后处理系统的其它催化器或组件或缩短SCR组件106、氧化催化器104或者发动机后处理系统的其它催化器或组件的工作寿命。高温也相对昂贵(燃料经济性、零件磨损增加、使用寿命缩短等)，并且取决于内燃机102和系统100的工作循环和操作条件，高温不方便实现或不可能实现。
[0017]在某些实施方式中，该系统包括用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置。用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置的非限制性实例在下文进行描述，但本文所述的用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的任何装置都被设想为用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置。
[0018]用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的示例性装置包括提高排气温度。用于提高排气温度的示例性操作包括但不限于在内燃机102中提供后注入加燃料、延迟内燃机102中的燃料定时、在氧化催化器104的上游注入烃(例如，通过注入器112)以提高温度、部分关闭进气节流阀124、提高EGR流126的速率、部分关闭排气节流阀122、通过例如可变几何涡轮增压器(VGT)提高来自涡轮增压器(未示出)的反压。用以升高排气温度的操作是非限制性实例。本文设想了降低氧化催化器104的将NO转化为N02的效率的任何排气温度操作。诸如增加EGR流126的速率的某些操作具有减少总^^^排放的竞争效果。因此，受益于本文的公开内容的本领域技术人员应理解的是，仅在某些操作条件下，增加总
NO部分同时降低总NO ,的竞争效果可导致进入SCR组件106的发动机输出NO增加。在不同的操作条件和/或操作时间下，在特定的系统中可使用各种用于增加进入SCR组件106的发动机输出NO的装置。
[0019]用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括围绕位于SCR催化器组件106上游的氧化催化器104旁通所有或一部分排气。例如，系统100可包括旁通阀118以及绕过所有或一部分氧化催化器104的旁通管线120。当气体绕过氧化催化器104时，氧化催