[发明专利]用于检测废气处理系统中的硫中毒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的废气后处理系统以及与所述系统相关的方法。

具体地，所述方法和所述系统适用于检测废气后处理系统中的柴油氧化催化剂(DOC)的硫中毒。

背景技术

燃式发动机燃烧空气和燃料的混合物，以产生推进力。燃烧过程产生从发动机传送到大气的废气。废气包括氮氧化物(NO_x)、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)以及颗粒物。NO_x是合成物术语，用以指代主要由一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)构成的废气。废气后处理系统处理废气排放物，以在废气排放物被释放到大气之前将其减少。在示例性废气后处理系统中，给料系统在选择性催化还原催化剂(SCR催化剂)的上游将还原剂注射到废气中。废气和还原剂的混合物在SCR催化剂中反应并且由此减小释放到大气的NO_x的量。

还原剂的一个实施例是以的形式在市面上有售的液体尿素。这种液体是呈水状的无毒尿素溶液，其用于化学还原氮氧化物的排放物，尤其用于配备柴油发动机的重型车辆。

还原剂与NO_x在SCR催化剂中反应以实现NO_x还原。更具体地，还原剂被分解并且形成氨(NH₃)，所述氨然后与NO_x反应以形成水和氮气(N₂)。

为了实现描述的NO_x还原，NH₃必须被存储在SCR催化剂中。为了使催化剂有效地起作用，这种存储必须处于合适的级别。更详细地，NO_x还原的转化效率取决于存储级别。在不同运转情况下维持高转化效率取决于维持NH₃的储备。然而，NH₃级别必须随着SCR催化剂的温度上升而递减，以避免NH₃排放(即，多余的NH₃从催化剂释放)，所述排放可能降低催化剂的转化效率。

简短而言，为了满足更严格的环境要求，车辆制造商越来越多地使用SCR催化剂系统以从柴油废气移除氮氧化物(NO_x)。所述移除通过将氨溶液注入SCR催化剂以帮助NO_x颗粒物转化成氮气和水而实现。为了环境和运转经济性的原因，废气清理策略需要考虑到充分转化NO_x同时尽量不注射过多氨。

至少一种柴油氧化催化剂(DOC)也用于废气后处理系统中，通常设有催化涂层的一个或多个柴油颗粒物过滤器(DPF)同样也用于废气后处理系统中。涂层的目的尤其在于产生充足量的NO₂以实现被DPF捕获的烟尘的被动氧化。这尤其通过反应C+NO₂→CO+NO进行。

NO₂在DOC中的形成将尤其取决于废气的质量流和DOC中的温度。除了取决于质量流和温度之外，DOC和/或DPF中的催化涂层在较低温下存储存在于废气中的硫(S)，并且通常在超过400℃的温度下释放硫。如果运转状况引起DOC吸收很多硫，则DOC将中毒，即，NO₂的形成将被抑制。在DPF之后的NO₂含量也将取决于与硫中毒有关的DPF状态。因此，硫是NO₂的形成在DOC中以及在DPF的催化涂层处减少的主要原因。硫吸收和硫释放的实际温度取决于特定催化剂混合和特定运转状况。

现在大体在欧洲和美国可用的具有低硫含量(低于10ppm)的柴油燃料可以在DOC和/或涂覆有催化材料的DPF中的NO₂的形成显著减少之前被使用很多个小时或很多天的发动机运转而不超过400℃的废气温度。以这种方式运行重型车辆是不常见的但可能发生。然而，如果驾驶员使用具有较高硫含量的燃料(例如，当在无低硫燃料的城市中驾驶)或如果车辆非故意地配有具有高硫含量的燃料，则DOC和/或被涂覆的DPF的硫中毒可能即刻发生。

因此，检测这种中毒并且从DOC移除硫是重要的。通过在相当长的时间期间(例如大于五分钟)将催化剂加热到超过400℃，硫可以从DOC和/或被涂覆的DPF移除，所述加热可以通过将燃料注入废气或通过致动燃烧器而实现。

脱硫涉及的温度不影响将处于非常有效运作温度下的SCR催化剂，并且对NO₂和NO之间的比率影响极小。