一种去除以重燃油运转的发动机的废气中存在的烟尘、灰和重金属、以及可选地还去除NOx和SOx的方法和系统，所述重燃油的硫含量为0.1wt％至4.0wt％且重金属元素含量为5mg/kg至1000mg/kg。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及去除发动机的废气中存在的烃类(碳氢化合物)以及烟尘(SOOt)、灰形式的颗粒物(particulate matter，微粒物质)和重金属的方法和系统。本专利技术特别适用于从以重燃油运转的发动机的废气中去除这些成分，所述重燃油的硫含量为0.1被％至4.0wt %且重金属含量为5mg/kg至1000mg/kg。
技术介绍
烟尘和灰一般是通过使废气经过设置在排气系统中的一个或多个过滤器来捕获的。在经过一定工作时间后，烟尘和灰的捕获量引起过滤器上的压降渐增，且需要通过烧掉烟尘并用压缩空气将灰吹掉，或者通过手动工序，来使过滤器再生(regenerate，恢复)。已知的微粒过滤器(颗粒捕集器)系统是为硫含量和灰含量相对低的柴油发动机废气开发的。这些系统不能用于例如使用重燃油(所谓船用油)的海上发动机。船用油含有非常重的烃类和多环芳香烃化合物。这类油被那些不能燃烧、且在废气中最终成为灰的化合物严重污染。船用油中含有的其它污染物不仅包括钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、铁(Fe)、硫酸盐(MeS04)及其它多种水溶性金属盐，还包括钒(V)、铅(Pb)、镍(Ni)及其它油溶性金属。
技术实现思路
因此，本专利技术的总体目的是提供一种净化以重燃油为燃料的发动机所产生的废气的方法和系统，即使在该方法和系统中所用的微粒过滤器需要被再生的情况下，该方法和系统也能确保有效的清洁和发动机的持续运转。本专利技术的必要特征是，通过利用烟尘燃烧催化剂和烃类氧化催化剂对过滤器进行催化，来使微粒过滤器持续被动再生，从而通过保持微粒过滤器上的较低的压降，并且通过将空气脉冲射流喷入过滤器的出口中来周期性地且有效地吹掉灰，来改善燃料消耗。催化剂去除了含有烟尘的粘性烃类，这有助于去除灰。如上文所论述，来自发动机的废气中的烟尘还含有不可燃的无机灰，且因此将会随着时间推移而在过滤器中积聚并使压降逐渐增大。所以，必须通过使过滤器的废气的流动方向周期性地颠倒来去除灰，或者通过空气的脉冲射流吹掉灰。总的来说，本专利技术提供了去除以重燃油运转的发动机的废气中存在的烟尘、烃类、灰和重金属的方法，所述重燃油具有0.]^1:%至4.0wt%的硫含量和5mg/kg至1000mg/kg的重金属含量，该方法包括以下步骤:使发动机在一负载下运转，以获得废气至少为325°C的排气温度；使处于325°C至550°C的排气温度下的废气经过至少一个过滤器单元，每个过滤器单元均包括至少一个微粒过滤器，并且捕获废气中含有的烟尘、灰和重金属；通过与设置在至少一个微粒过滤器上的催化剂相接触，将该过滤器上捕获的烟尘连同粘附的烃类持续地烧掉；使上述至少一个过滤器单元与废气单元的流动周期性地脱离，并关闭上述至少一个微粒过滤器的出口；随后与先前的废气流反向地将空气脉冲喷射到上述至少一个微粒过滤器的关闭的出口中，并将捕获的灰及残余的烟尘与重金属一同从上述至少一个微粒过滤器上吹掉。本专利技术中使用的微粒过滤器优选由碳化硅、堇青石、富铝红柱石、钛酸铝或烧结金属制成。通常，过滤器被形成为壁流式过滤器，以此确保清洁效率最高，但也可采用其它的过滤器类型。烟尘燃烧催化剂被涂覆在过滤器的壁上或壁内侧。在烟尘的燃烧中起作用的催化剂是本领域中已知的，且在其它专利文献中亦有描述。如欧洲专利文献EP 1493484B1中另外描述的，一种优选的催化剂包括二氧化钛、钒和钨的氧化物及金属钯。催化剂将困集的(trapped)烟尘的燃点温度降低到350°C，且在优化的过程条件下还能降低到325°C。辅助发动机可以在部分负载下进行操作，从而使排气温度处于325°C以上。过滤器入口处的排气温度高于325°C，因此通过烟尘的持续燃烧而确保被动再生。重燃油含有大量钒和铁，钒和铁起到燃料燃烧添加物的作用且在325°C以上进一步有助于烧除烟尘，因此不必在燃料中加入添加物。如上文所述，本专利技术的一个主要特征是在重燃油的燃烧期间去除困集的灰。必须通过将过滤器与废气流切断来对微粒过滤器进行周期性清洁。借助本领域已知的适当的辅助灰排放阀，或者借助适当的灰输送方法，可将吹落的灰从过滤器单元移除。借助上述根据本专利技术的方法，能够在一循环清洁回路中对所有的过滤器单元进行清洁。因为至少一个过滤器单元保持在过滤模式，所以发动机可以保持连续运转。在微粒过滤器的清洁期间，以1msec至600msec之间(优选为300msec)的喷射脉冲持续时间，与先前的废气流反向地喷射空气。在清洁循环中，实际的微粒过滤器的出口被关闭，且空气通过阀或喷嘴(例如安装在闭合的阀上或其附近的喷嘴)被喷射到关闭的出口中。因此，由于与过滤器出口打开的方式相比，空气脉冲喷射进入的体积更少，所以能更有效的吹掉困集在过滤器中的灰。在过滤器出口打开的情况下，空气脉冲传播至遍及包围微粒过滤器的整个过滤器单元，且因此限制了灰的清除效果。在本专利技术的另一实施例中，用于脉冲喷射的空气是从储蓄槽中排出的，该储蓄槽具有处于4barg至1barg之间、优选为6.5barg的压力下的压缩空气。在又一个实施例中，上述(一个或多个过滤器)单元设置在发动机涡轮增压器的上游的压力容器中。废气从而可在Obarg至3barg之间的压力下经过过滤器单元。在该实施例中，烟尘燃烧温度能被保持在约400°C的更为优化的水平而无需额外进行废气加热。另一个优点是，当温度和废气的压力增大时，微粒过滤器上的压降减少。这样就使得有效过滤所需的过滤器容量缩小，且有助于例如为废气处理而在空间有限的船上所进行的改装。又一个实施例中的过滤过程还结合了如下步骤:在废气经过过滤器单元之前或者在废气已经经过过滤器单元之后，对废气中的氮氧化物(NOx)进行选择性催化还原(SCR)。由于发动机在最小负载之上进行操作，使得排气温度至少为325°C，SCR单元的热质量对于下游过滤器单元的被动再生的影响微不足道。如上文所述，本专利技术的一个重要特征是能够去除重燃油在发动机中燃烧时形成的硫氧化物。上游的烟尘燃烧催化剂对硫化合物有耐受性且其具有的302至SO3氧化势是有限的。因此，在另一个实施例中，该方法包括如下附加的步骤:在上述至少一个过滤器单元的下游，通过在开放或封闭的环路中以碱性溶液或海水洗涤净化废气，来降低废气中的硫氧化物的含量。该方法步骤中采用的洗涤器的碱性反向流循环溶液将硫氧化物转化为无害的碱金属硫酸盐或亚硫酸盐。硫氧化物因而几乎被完全去除，而清洁的低浊度的用完的溶液或者被排放到海中，或者被积聚起来以输送到岸上。另一个优点是，可使用海水与洗涤器液体混合。因为重金属和烟尘被过滤器去除，所以洗涤器液体中的捕获的硫氧化物含量可以被适当的稀释以进行PH控制并且被排放到海中。本专利技术还提供一种用于去除以重燃油运转的发动机的废气中存在的烟尘和灰的系统，该系统包括:—个或多个废气入口管，每个废气入口管均将发动机与上述一个或多个过滤单元中的每个过滤单元的入口相连接；—个或多个废气出口管，连接到上述一个或多个过滤单元中的每个过滤单元的出P ;借助催化剂进行催化的至少一个微粒过滤器，该催化剂用于实现将烟尘与粘附的经类一起烧掉的功能，所述至少一个微粒过滤器并列地连接在上述一个或多个过滤单元中，所述至少一个微粒过滤器中的每个微粒过滤器的出口均可锁定；以及空气脉冲喷射阀装置，安装在所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种去除以重燃油运转的发动机的废气中存在的烟尘、烃类、灰和重金属的方法，所述重燃油具有0.1wt％至4.0wt％的硫含量和5mg/kg至1000mg/kg的重金属元素含量，所述方法包括以下步骤：使发动机在一负载下运转，以获得废气至少为325℃的排气温度；使处于325℃至550℃的排气温度下的废气经过至少一个过滤器单元，每个所述过滤器单元均包括至少一个微粒过滤器，并且捕获废气中含有的烟尘、灰和重金属；通过与设置在所述至少一个微粒过滤器上的催化剂相接触，将所述过滤器上捕获的烟尘和粘附的烃类持续地烧掉；使所述至少一个过滤器单元从所述废气单元的流动周期性地脱离，并关闭所述至少一个微粒过滤器的出口；随后与先前的废气流反向地将空气脉冲喷射到所述至少一个微粒过滤器的关闭的出口中，并将捕获的灰与重金属一同从所述至少一个微粒过滤器上吹除。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·约翰森，M·阿尔凯蒂，
申请(专利权)人：托普索公司，埃科斯普雷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK
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