排氣后處理系統及用于排氣后處理的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種排氣后處理系統。本發明還涉及一種用于排氣后處理的方法。
【背景技術】
[0002]為了使由燃燒所產生的含碳顆粒物的量最小化，通常使用所謂的顆粒過濾器。從文件US 4415344 A中獲知一種典型的顆粒過濾裝置。在這種顆粒過濾器中，由陶瓷、金屬或纖維基材所組成的過濾介質接觸排氣的通流。使排氣中所含的顆粒積聚在過濾材料中，并由此防止它們到達過濾器的清潔氣體側。過濾器必須以周期性的間隔加以清除或更換(因為它們被由燃燒的發動機油或燃料所產生的灰分所堵塞)，從而延長其使用壽命。對于更換而言，通常必須關閉車間，這會導致不期望的停工時間，特別是當過濾器涉及到具有高的年使用壽命(annual service life)和利用率要求的發電廠中的車間或者船舶時。
[0003]內燃發動機的排氣后處理系統通過實踐是已知，該排氣后處理系統包括顆粒過濾器，以排氣的流動方向來看布置在顆粒過濾器上游的至少一個排氣后處理組件，和以排氣的流動方向來看布置在顆粒過濾器下游的至少一個排氣后處理組件。以流動方向來看位于顆粒過濾器上游的排氣后處理組件具體地是用于使一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)的氧化催化轉化器。以流動方向來看位于顆粒過濾器下游的排氣后處理組件可以是消聲器。特別是當用于使NO氧化成NO2的氧化催化轉化器以排氣流的流動方向來看位于顆粒過濾器的上游時，在氧化催化轉化器中，根據以下方程式借助于排氣流中所含的殘余氧氣O2使NO氧化成NO2:
[0004]2N0+02.*—*.2N0 2
[0005]在此將一氧化氮氧化成二氧化氮期間，在高溫下氧化反應的平衡朝向一氧化氮的一側。這導致在高溫下極大地限制了可獲得的二氧化氮的組分。
[0006]在顆粒過濾器中，氧化催化轉化器中提取的二氧化氮與顆粒過濾器中收集的含碳顆粒(所謂的煙粒(soot))被轉化成一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)和一氧化氮(NO)。在此過程中，以顆粒過濾器的被動再生的方式連續地去除積聚在顆粒過濾器中的含碳顆粒物或煙粒，其中根據以下方程式進行此轉化:
[0007]2N02+C — 2N0+C02
[0008]N02+C — N0+C0
[0009]2C+2N02— N z+2C02
[0010]特別地是當采用顆粒過濾器的這種被動再生的方式時，會發生積聚在顆粒過濾器中的含碳顆粒物或煙粒的不完全轉化，顆粒過濾器中的碳成分或煙粒成分增加，其中顆粒過濾器然后具有堵塞的傾向，其結果是最終布置在排氣后處理系統上游的內燃發動機上的所謂的排氣背壓增加。內燃發動機上的排氣背壓增加會減小內燃發動機的功率并導致燃料消耗的增加。
[0011]為了避免顆粒過濾器中含碳顆粒物或煙粒的增加和由此導致的顆粒過濾器的堵塞，通過實踐還已知的是提供具有催化涂層的顆粒過濾器。在此，優選地采用含鉑涂層。然而，這種具有催化涂層的顆粒過濾器的使用僅可以防止顆粒過濾器被含碳顆粒物(即被煙粒)裝填到不充分的程度。
[0012]特別是當通常在船用柴油發動機、內燃發動機使用高度含硫燃料(舉例來說，例如重質燃料油)來運行的情況下，其中排氣后處理系統正在運行時，所存在的進一步的問題是由于灰分的密集積聚，同樣可能發生排氣后處理系統的顆粒過濾器的堵塞。尤其在內燃發動機使用重質燃料油來運行的情況下，通過產生的灰分可能顯著地縮短顆粒過濾器的維修間隔期，使得排氣后處理系統的有效操作不再可能。
【發明內容】
[0013]由此出發，本發明基于建立一種新型的排氣后處理系統和用于該排氣后處理的新型方法的目的。此目的通過根據權利要求1所述的排氣后處理系統來實現。
[0014]根據本發明的排氣后處理系統包括顆粒分離器，該顆粒分離器采用位于內燃發動機下游的用于從排氣中去除煙粒和灰分顆粒的含粒料(granulate-containing)移動床反應器或流化床反應器的形式，其中可以將在顆粒分離器中待純化的排氣經由至少一個排氣供給管線提供至顆粒分離器，其中可以將在顆粒分離器中已純化的排氣經由至少一個排氣管線從顆粒分離器中排出，其中可以將粒料經由至少一個粒料供給件(granulate feed)提供至顆粒分離器，其中可以將粒料經由至少一個顆料排出件從顆粒分離器中排出，其中在顆粒分離器中排氣在粒料周圍流動并且在此過程中煙粒和灰分顆粒附著到粒料上和/或結合到粒料中和/或與粒料反應，并且其中可以將粒料連同煙粒和灰分顆粒和/或其反應產物經由該或各粒料排出件(granulate drain)從顆粒分離器中排出。
[0015]此外，根據本發明的排氣后處理系統包括指定用于顆粒分離器的分離裝置，該分離裝置用于將與粒料和/或其反應產物一起從顆粒分離器中分離出的煙粒和灰分顆粒與粒料分離，并且用于使與煙粒和灰分顆粒分離和/或與其反應產物分離的粒料經由至少一個粒料供給件至少部分返回至顆粒分離器中。
[0016]本發明提出了一種排氣后處理系統，所述排氣后處理系統包括:采用含粒料移動床反應器或流化床反應器的形式的至少一個顆粒分離器和指定用于顆粒分離器的分離裝置。在顆粒分離器中，可以將煙粒和灰分顆粒有效地從排氣中分離并經由粒料排出。在分離裝置中，可以將粒料與煙粒和灰分顆粒分離和/或與煙粒和灰分顆粒與粒料的反應產物分離，從而使經清潔的粒料至少部分地再次返回至顆粒分離器。因此，有效的排氣純化，即將煙粒和灰分顆粒從內燃發動機的排氣中去除，是可能的。特別是在使用重質燃料油(其被應用于例如船舶上)運行的內燃發動機的情況下，可以實現煙粒和灰分顆粒從內燃發動機的排氣中的有效去除。
[0017]根據有益的進一步改進，將顆粒分離器設計為以排氣在水平方向上流經顆粒分離器的方式使其處于排氣與粒料的錯流中的移動床反應器或流化床反應器，這樣可以將粒料經由該或各粒料供給件提供至顆粒分離器并且可以經由該或各粒料排出件從底部排出，并且在該或各粒料供給件與該或各粒料排出件之間粒料的移動或流動方向是在相對于排氣流動方向交叉運行的垂直方向上。這樣的錯流顆粒分離器允許特別有效地從內燃發動機的排氣中去除煙粒和灰分顆粒。
[0018]優選地，顆粒分離器具體化為多個級，其中排氣連續地流經顆粒分離器的各個單獨的級，并且其中在各單獨的級中粒料的化學組成和/或粒料的尺寸和/或粒料的移動或流動速度和/或排氣的流速相互偏離。由此，可以進一步提高從內燃發動機排氣中去除煙粒和灰分顆粒的效率。
[0019]根據有益的進一步改進，排氣后處理系統包括布置在顆粒分離器上游和內燃發動機下游的用于使SO2氧化成SO 3的氧化催化轉化器，其中SO 3和/或沉析的H #04用于在顆粒分離器中直接氧化煙粒。借助于用于使SO2氧化成SO3的氧化催化轉化器，可以改善顆粒分離器中煙粒的氧化。
[0020]根據更有益的進一步改進，將用于使NO氧化成勵2的氧化催化轉化器布置在顆粒分離器的上游和內燃發動機的下游，其中~02用于使顆粒分離器中煙粒氧化，并且其中用于使NO氧化成NO2的氧化催化轉化器并聯地連接到用于使SO 2氧化成SO 3的氧化催化轉化器并且可以通過切斷閥使其從排氣流中切斷。在內燃發動機使用相對高度含硫的燃料運行的期間，可以經