废气回流的脱硫方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于内燃机的废气回流的脱硫方法和设备，所述废气回流在内燃机的新鲜空气侧(8)供入内燃机中，其中使用氨用于废气回流(7”)中的脱硫，并且其中从所述内燃机(1)的废气流(2)中分支出至少一个废气分流(7,17)。本发明专利技术建议，将至少一种离解出氨的反应物(12)供入从内燃机(1)的废气流(2)中分支出的废气分流(7)中，并将如此加载的废气分流(7’)部分作为废气回流(7”)供入新鲜空气侧(8)以及部分作为后处理分流(9)供入废气后处理装置。供入新鲜空气侧(8)的废气回流量和供入废气后处理装置的后处理分流(9)的量，借助于控制设备和/或调节设备根据至少一个定义内燃机(1)的各运行工况的运行参数来给定和/或改变。

【技术实现步骤摘要】
废气回流的脱硫方法和设备专利
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分，在内燃机情况下用于废气回流的脱硫方法以及根据权利要求11的前序部分用于实施该方法的设备。
技术介绍
在内燃机情况下，废气回流用于降低NOx-排放，其中问题在于，在使用硫含量高的燃料时形成二氧化硫和在冷却的废气返回中形成硫酸和/或亚硫酸，这导致发动机部件如增压空气管、进气阀、气缸套等的强烈腐蚀。 从技术而言，通常通过加入CaOH或CaO和继而形成硫酸钙而使废气脱硫(DE000003603365 C2)。但其难以在AGR-管中使用，因为CaOXaOH和形成的CaSO4是相对强磨损性的，其导致气缸套上的强磨损。 也可借助于NH3形成硫酸铵而脱硫(DE 3636554 Al)，但由于所用NH3的高成本和复杂的过程控制而未得以实现: 2NH3+S03 + H20— (NH4)2SO4NH3+ SO3 +H2O — (NH4) HSO4因此在使用时，必需将废气温度降到300°C以下，有利地降到100°C以下的温度，因为高于该温度硫酸铵或硫酸氢铵将再次分解，或甚至完全不形成硫酸铵或硫酸氢铵。 另一方面，通过选择性催化还原(简称为SCR-法)，可借助于NH3以催化减少内燃机下游的氮氧化物。在汽车中大多使用尿素代替NH3，尿素在热的废气中释出NH3。通过使用所谓的水解催化剂，例如DE 4038054中所述的，可改善这种分解。 此外，由EP 1052009已知一种在分流中实施尿素分解的方法。 原则上，在废气返回输送装置中存在使废气回流富集NH3的可能性，以在所谓的“选择性非催化还原”(SNCR)中按下列方程降低氧化氮排放: 2NH3 + 2N0 + O2 — 2N2 + 3H20由于该反应不良的选择性，与达95 %以上的NOx-转化率的催化SCR-法相反，其转化率仅可为15-25 %。 由DE 10357402 Al已知一种用于运行内燃机的方法，该内燃机具有带产氨-催化剂的废气净化装置。借助于产氨-催化剂，在由内燃机通向废气涡轮增压器的废气流中产生氨。在该废气涡轮增压器的涡轮机前从该富集氨的废气流中分支出废气分流，将该废气分流作为废气回流供入到该内燃机的新鲜空气侧。借助提供的节流阀可调节该废气回流，但未向该废气回流中针对性地供氨，因此，没有提供适配于为该返回的废气流的最佳脱硫所需的NH3-量。这导致在该废气返回中的NH3-浓度相应于SCR-催化剂前的NH3-浓度。此夕卜，在硫含量高的燃料的情况中存在另一问题:在废气流可供入该新鲜空气中前，必需冷却该废气流，因为否则可导致增高的NOx-排放、较低的输出功率和在最不利的情况下导致发动机受损。但在未超过约300°C和存在氨时，在为此所需的冷却器上发生硫酸铵或硫酸氢铵的析出，这又导致该冷却器的堵塞。 由WO 2012/096123 Al已知一种用NH3运行的内燃机，在该内燃机中，在涡轮增压器的涡轮机的下游由废气流中分支出废气回流至该涡轮增压器的压缩机的新鲜空气侧。在此，向废气回流中注入氨的水溶液。其用于两方面:一方面由此冷却返回的废气，另一方面氨在燃烧室中以已述及的“选择性非催化还原”(SNCR)与那里形成的氮氧化物反应形成氮。由于这两个功能，既通过NH3冷却废气和减少氮氧化物的结合，不可能相互无关地改变部分不同的要求，更不用说实现附加的独立的功能，如通过形成铵盐而脱硫。 这两种方法的共同之处是，它们不使用氨前体物质如尿素、甲酸胍、氰尿酸或甲酸铵。其原因在于这些化合物或由其形成的产物如异氰酸和蚁酸的高腐蚀性。 此外，由JP 2009-85011 A已知一种方法，在该方法中根据在入口侧测量的pH-值，在需要时产生NH3和供入新鲜空气侧，以调节该pH-值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在内燃机情况下用于废气后处理的方法，用此方法可尽可能低成本地实现有针对性的脱硫。 本专利技术的目的借助权利要求1的特征得以实现。本专利技术的特别有利的扩展方案公开在与其相关的从属权利要求中。 根据专利权利要求1的特征部分，向内燃机的废气流分支出的废气分流中加入至少一种离解出氨的反应物，经如此加载的废气分流，其部分作为废气回流供入新鲜空气侧和部分作为后处理分流供入废气后处理装置，其中供入新鲜空气侧的废气回流的量和供入废气后处理装置的后处理分流的量根据至少一个定义内燃机各自的运行工况的运行参数来给定和/或改变。通过将氨供入分支出的废气分流中可用较少的氨供给及由此相应以低成本实施废气回流的脱硫。如上所述,其通过形成硫酸铵实现: 2NH3+S03 + H20— (NH4)2SO4与现有技术相反，供入废气返回或新鲜空气侧的NH3-量可通过改变供入废气返回或新鲜空气侧的加载有NH3的废气分流量和供入该废气后处理装置的加载有NH3的废气分流量以适配脱硫所需的要求。因为废气中的硫氧化物的浓度通常低于氮氧化物的浓度，这意味着将进入燃烧室前的NH3-浓度调整为低于NOx-浓度，但大于等于SOx-浓度。 与现有技术相比，该方法的另一优点在于，不仅可使用氨，而且还可使用其前体物质如尿素、甲酸胍(GUFO)、氰尿酸或甲酸铵，因为由于在涡轮增压器上游主要呈高温水平，所以有利于NH3的释出。此外，其可以通过在离解出氨的反应物的供入点的下游使用化剂来加以改进。在尿素、氰尿酸或甲酸铵的情况中下，采用含氧化钛和/或含氧化硅和/或含氧化铁和/或含氧化钨和/或含氧化铝和/或含氧化钒和/或含沸石的催化剂，在GUFO情况下采用含金的催化剂。 废气分流原则上可在废气涡轮增压器的涡轮机的下游分支出。但特别优选的实施方案是，在用废气涡轮增压器增压的内燃机情况下，废气分流在废气涡轮增压器的涡轮机的上游分支出。在涡轮增压器的高压侧取出可实现简单的整体构造，因为由于压差通常可弃用含NH3的废气流的输送设备。 将含氨分流供入废气回流或新鲜空气中适宜在废气冷却器的下游进行，或在增压式内燃机的情况下，在增压空气冷却器的下游进行。与现有技术对比，由此可避免被硫酸铵堵塞冷却器。 该第一废气分流优选分成废气回流和用于催化还原的第二废气分流，其中该第二废气分流供入通向SCR-催化剂的废气流中。以此方式，该供入分支出的第一废气分流中的氨也可按比例用于在SCR-催化剂中的选择性催化还原。 该废气返回装置也可如此运行，即将在SCR-催化剂下游分支出的另一废气分流供入该内燃机的新鲜空气侧。通过不同的分支出的废气分流的节流可实施有针对性的废气返回，以此确保废气回流的脱硫。 将负载有氨的分流供入新鲜空气侧或废气返回中优选在一个或多个新鲜空气侧的冷却器或废气返回侧的冷却器的下游进行。如果没有单独的冷却器且在功能上与增压空气冷却器组合，即增压空气和废气返回在增压空气冷却器的上游一起供入，则该含氨分流又在该冷却器的下游供入。 可将在废气涡轮增压器的涡轮机的上游分支出的第三废气分流供入该内燃机的新鲜空气侧。该第三废气分流优选借助于热交换器冷却到合适的废气温度。 该废气分流和/或供入SCR-催化剂的第二废气分流的节流优选根据整个系统的运行参数来进行。由此不仅对所需的脱硫而且还对所实施的选择性催化还原均达到最佳运行条件。如果供入的NH3-量依据该整个系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
内燃机的废气回流的脱硫方法，所述废气回流在内燃机的新鲜空气侧(8)供入内燃机（1）中，其中使用氨用于废气回流(7”)中的脱硫，并且其中从所述内燃机(1)的废气流(2)中分支出至少一个废气分流(7, 17)，其特征在于，将至少一种离解出氨的反应物(12)供入从内燃机(1)的废气流(2)中分支出的废气分流(7)中，并将如此加载的废气分流(7’)部分作为废气回流(7”)供入新鲜空气侧(8)以及部分作为后处理分流(9)供入废气后处理装置，其中供入新鲜空气侧(8)的废气回流量和供入废气后处理装置的后处理分流(9)的量根据至少一个定义所述内燃机(1)的各运行工况的运行参数来给定和/或改变。

【技术特征摘要】
2013.06.07 DE 102013009578.61.内燃机的废气回流的脱硫方法，所述废气回流在内燃机的新鲜空气侧(8)供入内燃机(I)中，其中使用氨用于废气回流(7”)中的脱硫，并且其中从所述内燃机(I)的废气流(2)中分支出至少一个废气分流(7，17)，其特征在于，将至少一种离解出氨的反应物(12)供入从内燃机(I)的废气流(2)中分支出的废气分流(7)中，并将如此加载的废气分流(7’)部分作为废气回流(7”)供入新鲜空气侧(8)以及部分作为后处理分流(9)供入废气后处理装置，其中供入新鲜空气侧(8)的废气回流量和供入废气后处理装置的后处理分流(9)的量根据至少一个定义所述内燃机(I)的各运行工况的运行参数来给定和/或改变。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在用废气涡轮增压器⑷增压的内燃机⑴的情况中，所述废气分流(7)在所述废气涡轮增压器(4)的涡轮机(3)的上游分支。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，从内燃机⑴的废气流(2)中分支出的载有氨的废气分流(7’ )被分成废气回流(7”)和用于催化还原的第二后处理分流(9)，特别是将所述后处理分流(9)供入通向SCR-催化器(10)的废气流(11)中。4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，将在废气后处理装置的至少一个后处理设备(10)的下游，特别是在SCR-催化器(10)的下游分支出的另一废气分流(16)供入到新鲜空气侧(8)，其中供入新鲜空气侧(8)的废气分流(16)的量根据供入新鲜空气侧(8)的废气回流量和/或供入废气后处理装置的后处理分流(9)的量来控制和/或调节，和/或根据至少一个定义内燃机(I)的各运行工况的运行参数来给定和/或改变。5.根据权利要求2-4之一的方法，其特征在于，将在废气涡轮增压器(4)的涡轮机(3)的上游分支出的、优选经冷却的另外的废气分流(17)供入新鲜空气侧(8)，其中所述供入新鲜空气侧(8)的另外的废气分流(17)的量根据供入新鲜空气侧(8)的废气回流量和/或供入废气后处理装置的后处理分流(9)的量来控制和/或调节，和/或根据至少一个定义内燃机(I)的各运行工况的运行参数来给定和/或改变。6.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在至少一种离解出氨的反应物的供入处的下游布置至少一个催化器(19)用于在由废气流分支出的载有氨的废气分流(7’)中分解所述反应物，其中用于分解所述离解出氨的反应物的催化器(19)优选含下列化合物或元素(任选以其氧化物形式)中的至少一种作为活性成分: ?钛， ?硅， ?钒， ?钨， ?铁， ?铝， ?金, ?沸石。7.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述供入新鲜空气侧(8)的和供入废气后处理装置的流量通过借助于至少一个节流设备(13，14，15，20，22，23，24)的节流来控制和/或调节。8.根据权利要求2-7之一的方法，其特征在于，在废气涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：A德林，
申请(专利权)人：曼卡车和巴士股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE