[发明专利]从发动机废气中去除颗粒物烟尘、灰及重金属的方法和系统

说明书

技术领域

本发明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(particulatematter，微粒物质)和重金属的方法和系统。本发明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0.1wt％至4.0wt％且重金属含量为5mg/kg至1000mg/kg。

背景技术

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(MeSO4)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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明的必要特征是，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，本发明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0.1wt％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℃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。

本发明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EP1493484B1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℃，且在优化的过程条件下还能降低到325℃。

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℃以上。过滤器入口处的排气温度高于325℃，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℃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，本发明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。

借助上述根据本发明的方法，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。