Способ селективного каталитического восстановления оксидов азота в отработавших газах, образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, и система выпуска отработавших газов

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2424042:

ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ (DE)

Изобретение относится к очистке от оксидов азота отработавших газов (ОГ). По ходу потока ОГ, образующихся при работе двигателя 2 внутреннего сгорания и в системе 1 выпуска, перед СКВ - катализатором 3 предусмотрено устройство 5 для подачи одного из реагентов: восстановителя и предшественника восстановителя. За устройством 5 по ходу потока ОГ расположен обтекаемый ОГ сотовый элемент. Определяют содержание оксидов азота в ОГ, температуру сотового элемента, количество реагента, необходимое для восстановления определенного ранее количества оксидов азота в ОГ. Далее определяют температуру сотового элемента после добавления указанного количества реагента и сравнивают ее с заданной целевой температурой. Если температура оказывается ниже целевой температуры, то вычисляют температуру сотового элемента после по меньшей мере одной из следующих мер: добавления уменьшенного количества реагента, повышения температуры сотового элемента и температуры ОГ до тех пор, пока температура сотового элемента не превысит или не сравняется с целевой температурой. В завершение добавляют реагент через устройство 5 и, при необходимости, повышают температуру. Способ и система выпуска ОГ позволяют эффективно предотвращать образование побочных продуктов при получении восстановителя. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу селективного каталитического восстановления оксидов азота в отработавших газах (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего в системе выпуска ОГ, которой оснащаются транспортные средства, и к соответствующей системе выпуска ОГ. Изобретение относится прежде всего к регулированию подачи восстановителя или предшественника восстановителя в ОГ.

Во многих странах мира были приняты законодательные нормы на предельно допустимое содержание определенных веществ в ОГ, образующихся при работе ДВС. Речь при этом преимущественно идет о веществах, выброс которых в окружающую среду нежелателен. Одним из таких веществ является оксид азота (NOx), доля которого в ОГ не должна превышать законодательно установленных предельно допустимых значений. В связи с существующими в области моторостроения общими требованиями, направленными, например, на снижение расхода топлива двигателями внутреннего сгорания и на достижение иных аналогичных целей, предотвращение выброса оксидов азота за счет внесения изменений во внутреннее устройство двигателя при уменьшении доли оксидов азота в ОГ возможно лишь в ограниченных пределах, и поэтому ОГ для соблюдения сравнительно жестких норм на предельно допустимое содержание в них оксидов азота требуется подвергать обработке или нейтрализации с целью снижения их токсичности. При этом было установлено, что одним из наиболее эффективных методов снижения содержания оксидов азота в ОГ является метод селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота. Подобный СКВ-метод требует применения азотсодержащего восстановителя. Одним из возможных восстановителей, который хорошо зарекомендовал себя на практике для применения в подобном качестве, является прежде всего аммиак (NH3). С учетом химических свойств аммиака и законодательных положений, действующих во многих странах, аммиак в чистом виде обычно не хранят, поскольку в противном случае создание его запаса на автомобилях или иных подвижных средствах с двигателями внутреннего сгорания может создавать серьезные проблемы. Поэтому на транспортных средствах создают запас не самого этого восстановителя, а его предшественника. Под предшественником восстановителя подразумевается прежде всего вещество, от которого отщепляется восстановитель или которое можно превращать в него химическим путем. Так, например, для аммиака его предшественником является мочевина. Другими возможными предшественниками аммиака при его использовании в качестве восстановителя являются карбамат аммония, изоциановая кислота или циануровая кислота.

Химическое превращение предшественника восстановителя в восстановитель, отщепление восстановителя от его предшественника, а также возможное изменение агрегатного состояния предшественника восстановителя и/или восстановителя обычно основано на эндотермических процессах, которые требуют подвода тепловой энергии. Подобный подвод энергии обычно сопровождается снижением температуры ОГ и/или компонентов системы выпуска ОГ. Известно, однако, что в результате изменения температуры при протекании химической реакции смещается также ее равновесие. Поэтому в зависимости от конкретного положения равновесия реакции наряду с собственно требуемыми ее продуктами могут образовываться и нежелательные побочные продукты.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ восстановления оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС, который позволял бы эффективно предотвращать образование нежелательных побочных продуктов при получении восстановителя, а также разработать соответствующую систему выпуска ОГ.

Указанная задача решается с помощью способа, заявленного в п.1 формулы изобретения, и предпочтительных вариантов его осуществления, представленных в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемый в изобретении способ селективного каталитического восстановления оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ), которые образуются при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и в системе выпуска которых по ходу их потока перед катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатором) предусмотрены устройство для подачи по меньшей мере одного из следующих реагентов:

а) восстановителя и

б) предшественника восстановителя,

и расположенная по ходу потока ОГ непосредственно за этим устройством для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемая ОГ структура, заключается в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

1.1) определяют содержание оксидов азота в ОГ,

1.2) определяют температуру структуры,

1.3) определяют количество реагента, необходимое для восстановления определенного на стадии 1.1) количества оксидов азота в ОГ,

1.4) определяют температуру структуры после добавления требуемого количества реагента,

1.5) сравнивают температуру структуры с заданной целевой температурой,

1.6) если температура оказывается ниже целевой температуры, то вычисляют температуру структуры после реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

1.6а) добавлении уменьшенного количества реагента и

1.6б) повышении по меньшей мере одной из следующих температур:

1.6б.1) температуры структуры и

1.6б.2) температуры ОГ,

до тех пор, пока температура структуры после добавления определенного количества реагента не превысит целевую температуру или не сравняется с ней, и

1.7) добавляют определенное количество реагента через устройство для подачи реагентов и при необходимости повышают температуру согласно стадии 1.6б).

Выражение "структура, расположенная по ходу потока ОГ непосредственно за устройством для подачи реагентов" согласно настоящему изобретению означает, что в направлении потока ОГ такая структура расположена в системе выпуска ОГ ближе всего к устройству для подачи реагентов после него. Под СКВ-катализатором подразумевается прежде всего проточная структура, такая, например, как сотовый элемент, снабженный соответствующим каталитическим покрытием. Речь при этом может идти прежде всего о смешанном оксиде ванадия и вольфрама на носителе из диоксида титана (анатазе) или металлзамещенных цеолитах, предпочтительно железозамещенных цеолитах, прежде всего типа X, типа Y, типа ZSM-5 и/или типа ZSM-11. В качестве сотовых элементов можно использовать прежде всего обычные керамические и/или металлические сотовые элементы с полостями, в которые по меньшей мере могут входить ОГ, например, с каналами. Сотовый элемент предпочтительно выполнять из по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного металлического слоя. При этом металлический слой может быть образован фольгой и/или пористым металлическим слоем. Сотовый элемент предпочтительно при этом формировать путем свертывания в рулон по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного металлического слоя и при необходимости по меньшей мере одного в основном гладкого металлического слоя или путем набора в пакет по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного слоя и при необходимости по меньшей мере одного в основном гладкого слоя с последующим скручиванием по меньшей мере одного набранного таким способом пакета.

протекании химической реакции смещается также ее равновесие. Поэтому в зависимости от конкретного положения равновесия реакции наряду с собственно требуемыми ее продуктами могут образовываться и нежелательные побочные продукты.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ восстановления оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС, который позволял бы эффективно предотвращать образование нежелательных побочных продуктов при получении восстановителя, а также разработать соответствующую систему выпуска ОГ.

Указанная задача решается с помощью способа, заявленного в п.1 формулы изобретения, и предпочтительных вариантов его осуществления, представленных в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемый в изобретении способ селективного каталитического восстановления оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ), которые образуются при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и в системе выпуска которых по ходу их потока перед катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатором) предусмотрены устройство для подачи по меньшей мере одного из следующих реагентов:

а) восстановителя и

б) предшественника восстановителя,

и расположенный по ходу потока ОГ непосредственно за этим устройством для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемый ОГ сотовый элемент, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

1.1) определяют содержание оксидов азота в ОГ,

1.2) определяют температуру сотового элемента,

1.3) определяют количество реагента, необходимое для восстановления определенного на стадии 1.1) количества оксидов азота в ОГ,

1.4) определяют температуру сотового элемента после добавления определенного на стадии 1.3) количества реагента,

1.5) сравнивают определенную на стадии 1.4) температуру сотового элемента с заданной целевой температурой,

1.6) если температура оказывается ниже целевой температуры, то вычисляют температуру сотового элемента после реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

1.6а) добавлении уменьшенного количества реагента и

1.6б) повышении по меньшей мере одной из следующих температур:

1.6б.1) температуры сотового элемента и

1.6б.2) температуры ОГ, до тех пор, пока температура сотового элемента после добавления определенного на стадии 1.3) количества реагента не превысит целевую температуру или не сравняется с ней, и

1.7) добавляют определенное на стадии 1.3) количество реагента через устройство для подачи реагентов и при необходимости повышают температуру согласно стадии 1.6б).

Выражение "сотовый элемент, расположенный по ходу потока ОГ непосредственно за устройством для подачи реагентов", согласно настоящему изобретению означает, что в направлении потока ОГ такой сотовый элемент, как проточная для ОГ структура, расположен в системе выпуска ОГ ближе всего к устройству для подачи реагентов после него. Под СКВ-катализатором подразумевается прежде всего проточная структура, такая, например, как сотовый элемент, снабженный соответствующим каталитическим покрытием. Речь при этом может идти прежде всего о смешанном оксиде ванадия и вольфрама на носителе из диоксида титана (анатазе) или металлзамещенных цеолитах, предпочтительно железозамещенных цеолитах, прежде всего типа X, типа Y, типа ZSM-5 и/или типа ZSM-11. В качестве сотовых элементов можно использовать прежде всего обычные керамические и/или металлические сотовые элементы с полостями, в которые по меньшей мере могут входить ОГ, например, с каналами. Сотовый элемент предпочтительно выполнять из по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного металлического слоя. При этом металлический слой может быть образован фольгой и/или пористым металлическим слоем. Сотовый элемент предпочтительно при этом формировать путем свертывания в рулон по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного металлического слоя и при необходимости по меньшей мере одного в основном гладкого металлического слоя или путем набора в пакет по меньшей мере одного по меньшей мере частично профилированного слоя и при необходимости по меньшей мере одного в основном гладкого слоя с последующим скручиванием по меньшей мере одного набранного таким способом пакета.

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа в качестве реагента в поток ОГ предпочтительно добавлять аммиак, служащий восстановителем оксидов азота, и/или мочевину, являющуюся предшественником подобного восстановителя. Мочевину при этом предпочтительно добавлять в виде твердого вещества и/или в виде водного раствора.

В зависимости от температуры в СКВ-катализаторе в данном случае происходит следующая основная реакция:

NO+NO2+2NH3→2N22О

При этом моноксид азота (NO) взаимодействует с диоксидом азота (NO2) и аммиаком (NН3) с образованием молекулярного азота (N2) и воды (Н2О). При получении аммиака, используемого в качестве восстановителя оксидов азота, из его предшественника (мочевины) обычно протекает многоступенчатая реакция, в ходе которой часто имеет место термолиз и/или гидролиз. При термолизе мочевина ((NH2)2CO) термически разлагается на аммиак и изоциановую кислоту (HCNO). После этого происходит гидролиз, при котором изоциановая кислота взаимодействует с водой с образованием аммиака и диоксида углерода

(NH2)2CO→NN3+HCNO

HCNO+H2O→NH3+CO2

Гидролиз и термолиз часто проводят на катализаторе гидролиза, обычно содержащемся в покрытии, которым снабжен сотовый элемент и/или нанесен на такое покрытие. В зависимости от температуры этого катализатора гидролиза наряду с указанными выше требуемыми основными реакциями протекают также побочные реакции, при которых отчасти образуются нежелательные (побочные) продукты. В указанной выше предпочтительной системе, в которой в качестве восстановителя используют аммиак, а в качестве предшественника восстановителя используют мочевину, наряду с описанным выше образованием аммиака может происходить также образование, например, биурета ((NH2CO)2NH). Биурет представляет собой вязкотекучий продукт, который при его образовании на катализаторе гидролиза может закупоривать его каналы. По этой причине, с одной стороны, снижается достижимый выход целевого аммиака, а с другой стороны, происходит засорение каналов сотового элемента. Удаление биурета из сотового элемента возможно лишь с большим трудом, поэтому температуру, при которой происходит термолиз и/или гидролиз мочевины, предпочтительно выбирать такой, чтобы исключить образование биурета, поскольку закупоривание им каналов катализатора гидролиза может привести к выходу катализатора из строя и в результате к недостаточной степени превращения мочевины в аммиак.

В принципе согласно изобретению предполагается, что на стадии 1.3) происходит стехиометрическое превращение оксида азота при его взаимодействии с восстановителем. При добавлении в ОГ предшественника восстановителя и/или восстановителя происходит, как указано выше, снижение температуры ОГ, а тем самым и температуры конструктивных компонентов, обтекаемых отработавшими газами и проточных для отработавших газов. Подобное снижение температуры при условии, что температура ОГ остается достаточно высокой, не сопряжено с риском образования нежелательных побочных продуктов, таких, например, как биурет. При падении же температуры ОГ до слишком низкой равновесие реакции может сместиться в сторону образования нежелательных побочных продуктов. Поэтому целевую температуру, с которой на стадии 1.5) сравнивают температуру сотового элемента, следует задавать такой, чтобы при целевой температуре количество образующихся нежелательных побочных продуктов, таких, например, как биурет, не превышало заданного уровня. Более же предпочтительно задавать целевую температуру такой, чтобы образование нежелательных побочных продуктов происходило лишь в минимально возможной степени.

Предлагаемый в изобретении способ позволяет, таким образом, учитывать снижение температуры ОГ, обусловленное добавлением предшественника восстановителя и/или восстановителя, и принимать возможные контрмеры. Одна из таких контрмер согласно стадии 1.6а) может заключаться в сокращении добавляемого количества восстановителя. Хотя при этом более и не происходит восстановления всех содержащихся в ОГ оксидов азота, тем не менее в зависимости от режима работы ДВС вполне можно допустить неполное превращение оксидов азота. Другая возможная контрмера заключается в повышении температуры системы, а именно в повышении температуры сотового элемента, расположенного по ходу потока ОГ непосредственно за устройством для подачи реагентов, с одной стороны, и в повышении температуры ОГ, с другой стороны. Поскольку для подобного повышения температуры необходимо принятие активных мер, например электронагрев сотового элемента или повышение температуры ОГ изменением режима работы двигателя либо впрыскиванием и окислением дополнительного количества топлива, в данном случае возникает принципиально нежелательный побочный эффект, проявляющийся, например, в повышении расхода топлива. Обе эти возможные контрмеры, реализуемые на стадиях 1.6а) и 1.6б), учитываются при осуществлении предлагаемого в изобретении способа в том отношении, что при минимально возможном дополнительном расходе топлива происходит максимально полное превращение содержащихся в ОГ оксидов азота без падения температуры ОГ ниже целевой.

В принципе предлагаемый в изобретении способ основывается, например, на том, что в системе управления двигателем в любой момент времени имеется информация о содержании оксидов азота в ОГ при их выходе из ДВС. До поступления ОГ в СКВ-катализатор, предусмотренный далее по ходу потока ОГ в системе их выпуска, проходит определенное время, которое можно использовать соответственно для определения количества добавляемого реагента, а при необходимости можно также задействовать предусмотренные на стадии 1.6) меры. При селективном каталитическом восстановлении оксидов азота предлагаемым в изобретении способом в системе выпуска ОГ можно, в частности, предусмотреть также адсорбер NOx для возможности обратимого накапливания в нем избыточных оксидов азота. Последующую регенерацию адсорбера NOx можно планировать при этом с таким расчетом, чтобы обеспечить максимально полное превращение накопленных им оксидов азота.

Сущность стадии 1.6б.1) заключается в повышении температуры сотового элемента настолько, чтобы несмотря на охлаждение ОГ, происходящее в результате добавления в них реагента, температура сотового элемента гарантированно оставалась выше целевой температуры.

При этом речь может идти прежде всего о керамических и/или металлических сотовых элементах. Предпочтительны при этом также сотовые элементы, которые образуют каналы, проточные для текучей среды, например для ОГ.

В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа сотовый элемент имеет по меньшей мере один из следующих катализаторов:

2.1) катализатор гидролиза и

2.2) СКВ-катализатор.

Преимущество предлагаемого в изобретении способа прежде всего при использовании водного раствора мочевины в качестве предшественника восстановителя проявляется в том случае, когда сотовый элемент имеет катализатор гидролиза согласно варианту 2.1), поскольку при этом наряду с потребной для протекания химической реакции энергией необходимо учитывать также энтальпию испарения воды, которое приводит к дальнейшему снижению температуры ОГ после добавления в них реагента. Тем самым при использовании раствора мочевины в качестве предшественника восстановителя повышается вероятность образования нежелательных побочных продуктов, таких, например, как биурет.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа стадия 1.1) предусматривает реализацию по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

3.1) измерении концентрации оксидов азота и

3.2) определении выброса оксидов азота на основании параметров работы двигателя.

Главным образом при определении выброса оксидов азота по меньшей мере частично на основании параметров работы двигателя согласно стадии 3.2) время, затрачиваемое отработавшими газами на прохождение пути от ДВС до СКВ-катализатора, можно эффективно использовать для выполнения предлагаемых в изобретении стадий 1.1)-1.6), Под многопараметровой характеристикой соответственно под параметрами работы двигателя подразумевается прежде всего рабочая многопараметровая характеристика ДВС. При этом на основании имеющихся и измеряемых соответственно заданных параметров двигателя, таких, например, как нагрузка, частота вращения вала двигателя и иные параметры, можно вычислять расход оксидов азота. Альтернативно этому или в дополнение к этому согласно варианту 3.1) можно также измерять концентрацию оксидов азота с помощью соответствующего датчика, В принципе при этом можно использовать несколько датчиков, с помощью которых концентрацию оксидов азота можно измерять в разных точках системы выпуска ОГ. Полученные результаты измерения можно сравнивать с определенным в варианте 3.2) на основании параметров работы двигателя выбросом оксидов азота. Для этого, в частности, можно также разработать компьютерную модель системы выпуска ОГ и определять с ее помощью на основании полученных путем измерения опорных точек, отражающих прежде всего содержание оксидов азота и кислорода в ОГ и их температуру в по меньшей мере одной точке системы выпуска ОГ, соответствующие значения в других частях системы выпуска ОГ.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа стадия 1.2) предусматривает реализацию по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

4.1) измерении температуры сотового элемента и

4.2) вычислении температуры сотового элемента.

В этом случае вычислять температуру сотового элемента также можно на основании, например, параметров работы двигателя и известных конкретных конструктивных особенностей системы выпуска ОГ. Помимо этого можно определять температуру сотового элемента, температуру другого конструктивного элемента системы выпуска ОГ и/или температуру самих ОГ и определять на основании полученных результатов температуру сотового элемента.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа целевая температура составляет максимум 180°С, предпочтительно от 120 до 170°С, прежде всего примерно 160°С.

Такие температуры зарекомендовали себя как наиболее предпочтительные для предотвращения образования биурета из мочевины. Особое преимущество, связанное с ограничением целевой температуры указанными пределами, состоит прежде всего в возможности эффективным путем существенно уменьшить или даже в основном полностью предотвратить засорение и закупоривание каналов по меньшей мере сотового элемента.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа стадию 1.6) выполняют итерационно.

Итерационный подход при выполнении стадии 1.6) предпочтительно выбирать прежде всего при вычислении концентрации оксидов азота в ОГ по меньшей мере частично на основании параметров работы двигателя, поскольку в данном случае при компьютерном осуществлении предлагаемого в изобретении способа и при использовании соответственно обладающего достаточно высоким быстродействием процессора обычно имеется достаточно продолжительный интервал времени для итерационного выполнения стадий 1.6а) и 1.6б) и определения их влияния на температуру сотового элемента после добавления определенного количества реагента. Таким путем в зависимости от организации итерационного процесса можно добиться высокой точности в реализации предлагаемого в изобретении способа на стадии 1.6). Так, в частности, при сравнительно больших шагах итерации можно несмотря на итерационный метод добиться исключительно быстрого подъема температуры выше целевой после добавления определенного количества реагента.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа стадию 1.6) выполняют непрерывно.

Преимущество, связанное с непрерывным выполнением стадии 1.6), заключается в возможности добиться исключительно быстрого подъема температуры выше целевой. Высокую скорость проведения процесса можно обеспечивать прежде всего при использовании сравнительно больших градиентов на стадиях 1.6а) и 1.6б).

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа температуру сотового элемента повышают на стадии 1.6б.1) путем его электронагрева.

Практически реализовать подобный нагрев сотового элемента можно прежде всего при ее выполнении в виде электронагреваемого сотового элемента или с таким сотовым элементом. Преимущество, связанное с использованием электронагрева для повышения температуры сотового элемента, состоит в возможности обеспечить исключительно быстрый ее нагрев до температуры выше целевой и в возможности эффективно воспрепятствовать таким путем образованию нежелательных побочных продуктов, таких, например, как биурет. Электронагрев сотового элемента обеспечивает исключительно высокую динамичность процессов согласования и регулирования температуры сотового элемента.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа температуру ОГ повышают на стадии 1.6б.2) путем реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

9.1) изменении рабочей точки ДВС,

9.2) электронагреве ОГ перед сотовым элементом и

9.3) впрыскивании и окислении углеводородов.

На стадии 9.1) можно путем сравнительно небольшого изменения рабочей точки ДВС при допущении возможного незначительного повышения расхода топлива добиться повышения температуры ОГ, позволяющего скомпенсировать снижение температуры ОГ, обусловленное добавлением в них реагента. На стадии 9.2) электронагрев ОГ можно обеспечить, например, предусмотрев по ходу потока ОГ перед сотовым элементом другой электронагреваемый сотовый элемент. На стадии 9.3) повышение температуры ОГ, а тем самым и температуры сотового элемента можно обеспечить, например, кратковременно переводя ДВС на работу на обогащенной горючей смеси и предусмотрев в выпускном тракте прежде всего по ходу потока ОГ перед сотовым элементом соответствующий катализатор окисления.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа в качестве реагента добавляют по меньшей мере одно из следующих веществ:

10.1) аммиак и

10.2) мочевину.

Добавление в ОГ подобных реагентов позволяет эффективно воспрепятствовать прежде всего образованию биурета на структуре.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа количество реагента уменьшают, если в потоке ОГ за СКВ-катализатором обнаруживается присутствие восстановителя.

Наличие восстановителя в потоке ОГ по ходу их потока за СКВ-катализатором указывает на присутствие восстановителя в сверхстехиометрическом количестве. Во избежание этого количество добавляемого восстановителя или предшественника восстановителя можно согласно изобретению уменьшать. Для этого, в частности, по ходу потока ОГ за СКВ-катализатором можно предусмотреть катализатор окисления прорывающегося через СКВ-катализатор восстановителя.

Следующим объектом настоящего изобретения является система выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), имеющая катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор), устройство для подачи по меньшей мере одного из следующих реагентов:

а) восстановителя и

б) предшественника восстановителя,

и расположенный по ходу потока ОГ непосредственно за этим устройством для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемый ОГ сотовый элемент, при этом в системе предусмотрены по меньшей мере одно измерительное средство, выбранное из группы, состоящей из датчика температуры и датчика содержания оксидов азота в ОГ, а также управляющее средство, выполненное с возможностью подачи реагента в зависимости от по меньшей мере одной из следующих величин:

12.1) температуры ОГ,

12.2) температуры сотового элемента и

12.3) содержания оксидов азота в ОГ

с учетом изменения по меньшей мере одной из величин 12.1) и 12.2) вследствие добавления реагента.

Рассмотренные выше частные особенности предлагаемого в изобретении способа и варианты его осуществления распространяются и на предлагаемую в изобретении систему выпуска ОГ и применимы к ней. Предлагаемую в изобретении систему выпуска ОГ можно использовать прежде всего для осуществления предлагаемого в изобретении способа.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на единственный прилагаемый к описанию чертеж, при этом изобретение не ограничено представленным на этом чертеже вариантом его осуществления и описанными ниже преимуществами этого варианта.

На прилагаемом к описанию чертеже показана предлагаемая в изобретении система 1 выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС 2. На этом чертеже система 1 выпуска ОГ показана лишь схематично. Система 1 выпуска ОГ имеет СКВ-катализатор 3. Перед СКВ-катализатором 3 предусмотрен катализатор 4 гидролиза. По ходу потока ОГ перед катализатором 4 гидролиза предусмотрено устройство 5 для подачи реагентов, с помощью которого в систему 1 выпуска ОГ можно подавать восстановитель и/или предшественник восстановителя. В качестве подаваемого устройством 5 реагента наиболее предпочтительно использовать мочевину в виде твердого вещества и/или в виде водного раствора. Катализатор 4 гидролиза в рассматриваемом варианте образует расположенную по ходу потока ОГ непосредственно за устройством 5 для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемую ОГ структуру (сотовый элемент).

В процессе работы ДВС 2 определяют содержание оксидов азота в его ОГ. Содержание оксидов азота в ОГ можно определять, с одной стороны, по рабочей многопараметровой характеристике ДВС 2, а с другой стороны, например, с помощью первого датчика 7. На основании определенного таким путем содержания оксидов азота в ОГ затем в соответствии со стадией 1.3) определяют количество реагента, необходимое для восстановления определенного ранее количества оксида азота в ОГ. Таким реагентом является восстановитель и/или предшественник восстановителя. Помимо этого определяют температуру катализатора 4 гидролиза, например, с помощью второго датчика 8. Альтернативно этому или дополнительно к этому температуру по меньшей мере обтекаемой текучей средой структуры, т.е. катализатора 4 гидролиза, можно определять на основании рабочих параметров ДВС 2 с учетом известных конструктивных особенностей системы 1 выпуска ОГ. На основании определенного количества реагента затем определяют температуру структуры после добавления этого количества реагента. Эту температуру структуры, которую она имеет после добавления реагента, сравнивают с заданной целевой температурой. В том случае, если температура структуры после добавления определенного количества реагента оказывается ниже целевой температуры, то согласно стадии 1.6) вычисляют температуру структуры после реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

1.6а) добавлении уменьшенного количества реагента и

1.6б) повышении по меньшей мере одной из следующих температур:

1.6б.1) температуры структуры и

1.6б.2) температуры ОГ.

Количество добавляемого в ОГ реагента на стадии 1.6а) можно уменьшать, равно как и температуру структуры и/или ОГ можно повышать непрерывно или итерационно, соответственно периодически (дискретно). В том случае, если температура структуры после добавления определенного количества реагента оказывается с учетом мер 1.6а), 1.6б) выше целевой температуры или равной ей, то добавляют определенное количество реагента и при необходимости соответственно повышают температуру. Температуру можно повышать, например, путем нагрева катализатора 4 гидролиза или расположенного по ходу потока ОГ перед ним сотового элемента 9. Электронагрев можно обеспечить, например, с помощью электронагревательных средств 10, соединив с ними сотовый элемент 9 и/или катализатор 4 гидролиза. По ходу потока ОГ за СКВ-катализатором 3 можно предусмотреть катализатор 11 окисления для превращения возможно прорвавшегося через СКВ-катализатор восстановителя и тем самым для предотвращения его выброса в окружающую среду. Для обнаружения прорыва восстановителя через СКВ-катализатор 3 по ходу потока ОГ за ним предусмотрен третий датчик 12, позволяющий определять прежде всего концентрацию восстановителя в ОГ. При обнаружении третьим датчиком 12 присутствия в ОГ восстановителя в достаточно высокой концентрации уменьшают количество подаваемого в ОГ реагента. Для осуществления предлагаемого в изобретении способа предусмотрено управляющее средство 13, которое сигнальными проводами 14, которые лишь условно обозначены на чертеже, соединено сдатчиками 7, 8, 12, электронагревательными средствами 10, ДВС 2 и устройством 5 для подачи реагентов. В рассматриваемом варианте сигнальные провода 14 образуют шинную систему с адресуемой шиной данных. Управляющее средство 13 позволяет прежде всего выполнять предусмотренные предлагаемым в изобретении способом операции, соответственно стадии. Управляющее средство 13 может быть интегрировано, например, в систему управления ДВС.

Преимущество предлагаемого в изобретении способа, а также предлагаемой в изобретении системы 1 выпуска ОГ заключается в возможности селективного каталитического восстановления оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС 2, с практически полным предотвращением образования нежелательных побочных продуктов, таких, например, как биурет, при использовании мочевины в качестве предшественника восстановителя. Благодаря этому удается эффективно продлить срок службы системы 1 выпуска ОГ.

1. Способ селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx), содержащихся в отработавших газах (ОГ), которые образуются при работе двигателя (2) внутреннего сгорания (ДВС), и в системе (1) выпуска которых по ходу их потока перед катализатором (3) селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатором) предусмотрено устройство (5) для подачи по меньшей мере одного из следующих реагентов:
а) восстановителя и
б) предшественника восстановителя,
и расположенный по ходу потока ОГ непосредственно за этим устройством (5) для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемый ОГ сотовый элемент, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

1.1) определяют содержание оксидов азота в ОГ,

1.2) определяют температуру сотового элемента,

1.3) определяют количество реагента, необходимое для восстановления определенного на стадии 1.1) количества оксидов азота в ОГ,

1.4) определяют температуру сотового элемента после добавления определенного на стадии 1.3) количества реагента,

1.5) сравнивают определенную на стадии 1.4) температуру сотового элемента с заданной целевой температурой,

1.6) если температура оказывается ниже целевой температуры, то вычисляют температуру сотового элемента после реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

1.6а) добавлении уменьшенного количества реагента и

1.6б) повышении по меньшей мере одной из следующих температур:

1.6б.1) температуры сотового элемента и

1.6б.2) температуры ОГ,
до тех пор, пока температура сотового элемента после добавления определенного на стадии 1.3) количества реагента не превысит целевую температуру или не сравняется с ней, и

1.7) добавляют определенное на стадии 1.3) количество реагента через устройство для подачи реагентов и, при необходимости, повышают температуру согласно стадии 1.6б).

2. Способ по п.1, при осуществлении которого сотовый элемент имеет по меньшей мере один из следующих катализаторов:

2.1) катализатор (4) гидролиза и

2.2) СКВ-катализатор (3).

3. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого стадия 1.1) предусматривает реализацию по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

3.1) измерении концентрации оксидов азота и

3.2) определении выброса оксидов азота на основании параметров работы двигателя.

4. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого стадия 1.2) предусматривает реализацию по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

4.1) измерении температуры сотового элемента и

4.2) вычислении температуры структуры.

5. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого целевая температура составляет максимум 180°С, предпочтительно от 120 до 170°С, прежде всего примерно 160°С.

6. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого стадию 1.6) выполняют итерационно.

7. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого стадию 1.6) выполняют непрерывно.

8. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого температуру сотового элемента повышают на стадии 1.6б.1) путем ее электронагрева.

9. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого температуру ОГ повышают на стадии 1.6б.2) путем реализации по меньшей мере одной из следующих мер, заключающихся в

9.1) изменении рабочей точки ДВС (2),

9.2) электронагреве ОГ перед сотовым элементом и

9.3) впрыскивании и окислении углеводородов.

10. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого в качестве реагента добавляют по меньшей мере одно из следующих веществ:

10.1) аммиак и

10.2) мочевину.

11. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого количество реагента уменьшают, если в потоке ОГ за СКВ-катализатором (3) обнаруживается присутствие восстановителя.

12. Система (1) выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), имеющая катализатор (3) селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор), устройство (5) для подачи по меньшей мере одного из следующих реагентов:
а) восстановителя и
б) предшественника восстановителя,
и расположенный по ходу потока ОГ непосредственно за этим устройством (5) для подачи реагентов и по меньшей мере обтекаемый ОГ сотовый элемент, при этом в системе предусмотрено по меньшей мере одно измерительное средство, выбранное из группы, состоящей из датчика (8) температуры и датчика (7) содержания оксидов азота в ОГ, а также управляющее средство (13), выполненное с возможностью подачи реагента при регулировании количества добавляемого реагента в зависимости от по меньшей мере одной из следующих величин:

12.1) температуры ОГ,

12.2) температуры сотового элемента и

12.3) содержания оксидов азота в ОГ с учетом изменения по меньшей мере одной из величин 12.1) и 12.2) вследствие добавления реагента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам регенерации устройств очистки отработавших газов, используемых в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к катализатору для очистки выхлопных газов, способу регенерации такого катализатора, а также к устройству и способу очистки выхлопных газов при использовании данного катализатора.

Изобретение относится к способу разложения диоксид азота до моноксида азота в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях. .

Изобретение относится к устройству и способу управления транспортным средством. .

Изобретение относится к агрегату дозировочного насоса для подмешивания жидкого восстановителя в поток отработавших газов. .

Изобретение относится к техническим средствам очистки от токсичных веществ отходящих газов силовых и энергетических установок, содержащих оксиды азота, моноксид углерода, углеводороды и сажу.
Изобретение относится к области общего и специального катализа, в частности к способам получения катализаторов окисления оксида углерода и углеводородов, и может найти свое применение в системах снижения токсичности отходящих газов различных технологических процессов, где выбрасываемый в атмосферу газ содержит вредные органические вещества и оксид углерода.
Изобретение относится к способам получения катализаторов, предпочтительно используемых для очистки выхлопных газов ДВС, содержащих в активной фазе оксиды редкоземельных металлов и металлы платиновой группы.

Изобретение относится к способу нанесения на керамические сотовые элементы покрытия из суспензии, которая содержит в жидком носителе каталитические компоненты в виде твердых веществ и/или в растворенном виде.
Изобретение относится к композиции катализатора или носителя катализатора для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания на основе нанометрического оксида церия на носителе, к способу ее получения и к применению ее в качестве катализатора или носителя.

Изобретение относится к корпусу-носителю для каталитически активного покрытия, используемому для доочистки отработавших газов в транспортных средствах. .

Изобретение относится к очистке выхлопных газов. .
Наверх