選擇性催化還原催化劑的診斷和處理的制作方法
【專利說明】選擇性催化還原催化劑的診斷和處理
[0001 ] 領域
[0002]本申請的主題總體上涉及用于內燃機的廢氣后處理系統，并且更具體地涉及診斷和處理基于釩的選擇性催化還原(SCR)催化劑。
[0003]背景
[0004]近年來，內燃機的排放規定已經變得越來越嚴格。在世界的很多地方，環境關注已經促進實施內燃機的更嚴格的排放要求。政府機構，例如美國的環境保護署(EPA)，仔細地監測發動機的排放質量并且設定所有發動機必須遵守的可接受的排放標準。通常，排放要求根據發動機類型而變化。用于壓縮點火(柴油機)發動機的排放測試通常監測柴油機顆粒物質(PM)、氮氧化物(N0X)、以及未燃的碳氫化合物(UHC)的釋放。
[0005]廢氣后處理系統接收并且處理由內燃機產生的廢氣。典型的廢氣后處理系統包括被配置成降低存在于廢氣中的規定的廢氣排放物的水平的多種部件中的任何。例如，用于柴油驅動的內燃機的某些廢氣后處理系統包括多種部件，例如柴油機氧化催化劑(D0C)、顆粒物質過濾器或柴油機顆粒過濾器(DPF)、以及選擇性催化還原(SCR)催化劑。在某些廢氣后處理系統中，廢氣首先通過柴油機氧化催化劑，然后通過柴油機顆粒過濾器，并且隨后通過SCR催化劑。
[0006]SCR催化劑降低存在于廢氣中的氮氧化物(N0X)的量。通常，SCR催化劑被配置成在氨(NH3)和SCR催化劑的催化材料的存在下，將N0X還原成諸如ν#ρη2ο之類的成分。因為氨不是燃燒過程的天然副產物，所以它必須在廢氣進入SCR催化劑之前被人工地引入到廢氣中。通常，氨不直接被注射至廢氣中，這歸因于與氣體氨的儲存有關的安全考慮。因此，常規系統被設計成將還原劑(例如，柴油機廢氣處理液(diesel exhaust fluid) (DEF)、氨、金屬氯化物鹽等等)注射至廢氣中，所述廢氣能夠在廢氣的存在下在某些條件下分解成氣體氨。通常被常規的廢氣后處理系統使用的還原劑是DEF，其是脲-水溶液。
[0007]在世界的某些地方，使用的常見SCR催化劑是基于釩的SCR催化劑。通常，基于釩的SCR催化劑包括載體層和由基于釩的催化材料制成的催化層。基于釩的SCR催化劑提供超過由其他催化材料制成的SCR催化劑的某些優點。然而，當硫存在于通過SCR催化劑的廢氣流中時，基于釩的SCR催化劑對硫中毒是特別地敏感的。硫中毒傾向于降低關于SCR催化劑的N0X還原或轉化的效率。
[0008]對于具有最小的硫含量的燃料，避免了基于釩的催化劑的硫中毒。然而，對于具有相對高的硫含量的燃料，基于釩的催化劑的硫中毒是相當常見的。相應地，某些發動機系統包括檢測硫中毒的存在的車載診斷，并且當硫中毒被檢測到時使發動機慢轉。由于硫中毒而慢轉的發動機需要維修，這可能是耗時的并且昂貴的。此外，用于驗證在基于釩的催化劑上的硫中毒的存在的驗證過程(例如，以避免假陽性)，或用于恢復中毒的SCR催化劑的恢復過程，可能是不可用的或無效的。因此，初始診斷為硫中毒的基于釩的催化劑常常被新的催化劑替換并且被丟棄，這引入高的保修成本和釩廢棄物處置問題。可選擇地，即使有效的驗證過程和恢復過程是可用的，這樣的過程通常需要過多的操作成本和廣泛的人員培訓。
[0009]概述
[0010]響應于本領域現在的狀態且特別地響應于還沒有被當前可用的用于廢氣后處理催化劑的診斷過程和恢復過程完全解決的在廢氣后處理催化劑領域中的問題和需求，已經開發了本申請的主題。一般地，本申請描述用于診斷和恢復中毒的SCR催化劑的設備、系統、以及方法的各種實施方案，它們克服現有技術的多個缺點。
[0011 ]根據一個實施方案，SCR催化劑處理系統包括:基于釩的SCR催化劑，其被水溶性污染物污染；以及水遞送系統，其被配置成將水應用至基于釩的SCR催化劑，以從基于釩的SCR催化劑除去水溶性污染物。
[0012]在SCR催化劑處理系統的某些實施方式中，水溶性污染物包括硫或含硫化合物。水溶性污染物可以是硫酸鹽。在某些實施方式中，水溶性污染物是硫酸銨鹽或硫酸氫銨鹽中的至少一種。
[0013]根據某些實施方式，水遞送系統包括容納水的容器。基于釩的SCR催化劑位于由容器容納的水中。SCR催化劑處理系統還可以包括污染物除去驗證系統，所述污染物除去驗證系統包括用于檢測水中的污染物的數量的污染物檢測裝置。污染物除去驗證系統還包括用于檢測基于釩的SCR催化劑上的污染物的數量的污染物檢測裝置。用于檢測水中的污染物的數量的污染物檢測裝置與用于檢測基于釩的SCR催化劑上的污染物的數量的污染物檢測裝置不同。基于在基于釩的SCR催化劑上的污染物的數量和在水中的污染物的數量之間的差，除去驗證系統可以確定污染物從基于釩的SCR催化劑的除去。除去驗證系統指示，如果基于釩的SCR催化劑上的污染物的數量和水中的污染物的數量之間的差低于閾值，則基于釩的SCR催化劑被去污。
[0014]在某些實施方式中，SCR催化劑處理系統還包括與內燃機廢氣接收連通的廢氣后處理系統。基于釩的SCR催化劑位于廢氣后處理系統內。此外，水遞送系統被耦合至廢氣后處理系統并且被配置成將水給料至廢氣后處理系統中。水遞送系統可以包括水源和給料器，所述給料器將水從水源注射至基于釩的SCR催化劑的廢氣上游中。在某些實施方式中，水遞送系統包括水源和給料器，所述給料器將水從水源直接注射至基于釩的SCR催化劑上。
[0015]根據另一個實施方案，用于處理被硫污染物污染的SCR催化劑的方法包括通過由將水應用至SCR催化劑組成的工藝從SCR催化劑除去硫污染物。SCR催化劑可以是基于釩的SCR催化劑并且硫污染物可以是硫酸鹽。將水應用至SCR催化劑可以包括將SCR催化劑浸泡在水中。SCR催化劑可以形成廢氣后處理系統的一部分，并且將水應用至SCR催化劑可以包括將水給料至廢氣后處理系統中。
[0016]在某些實施方式中，該方法還包括通過測量在水中的硫的數量來確定從SCR催化劑除去的硫污染物的數量。該方法還可以包括測量在SCR催化劑上的硫污染物的數量，以及通過比較在水中的硫污染物的數量和在SCR催化劑上的硫污染物的數量來驗證硫污染物從SCR催化劑的除去。
[0017]在又另一個實施方案中，SCR催化劑處理系統包括被硫酸鹽污染的基于釩的SCR催化劑，以及容納一定體積的水的容器。基于釩的SCR催化劑位于一定體積的水中，并且水隨著時間從基于釩的SCR催化劑除去硫酸鹽。系統還包括測量在基于釩的SCR催化劑上的硫酸鹽的數量的第一硫酸鹽檢測裝置和測量在一定體積的水中的硫酸鹽的數量的第二硫酸鹽檢測裝置。
[0018]在整個本說明書中對特征、優點的引用或類似語言并不意味著可以用本公開內容的主題實現的所有特征和優點應該是或是在任何單個實施方案中。更確切地說，提及特征和優點的語言被理解為意指與實施方案結合所描述的特定特征、優點或特性被包含在本公開內容的至少一個實施方案中。因此，在整個本說明書中對特征和優點的討論以及類似語言可以但未必指的是相同的實施方案。
[0019]本公開內容的主題的所描述的特征、結構、優點和/或特性可以以任何適當的方式在一個或更多個實施方案和/或實施方式中組合。在以下的描述中，提供了多個具體的細節以賦予對本公開內容的主題的實施方案的徹底的理解。相關領域技術人員將認識到，本公開內容的主題可以在沒有特定實施方案或特定實施方式的具體特征、細節、部件、材料和/或方法中的一個或更多個的情況下被實踐。在其他實例中，另外的特征和優點可以在某些實施方案和/或實施方式中被認識到，且可以不存在于所有實施方案或實施方式中。另外，在某些實例中，眾所周知的結構、材料或操作未被示出或詳細描述以避免使本公開內容的主題的方面模糊。本公開內容的主題的特征和優點將從以下的描述和所附權利要求中變得較充分地明顯，或可以通過實踐主題(如在下文中陳述的)而得知。
[0020]附圖簡述
[0021]為了可以較容易地理解主題的優點，上文簡要描述的主題的較具體的描述將通過參照在附圖中示出的具體的實施方案來呈現。應理解這些附圖僅描繪主題的典型的實施方案并且因此不被看作是對其范圍的限制，將通過使用附圖利用另外的特征和細節來描述和解釋主題，在附圖中:
[0022]圖1是根據一個實施方案的內燃機的示意性框圖；
[0023]圖2是根據一個實施方案的污染物累積檢測系統的示意性框圖；
[0024]圖3是根據一個實施方案的SCR催化劑處理系統的示意性框圖；
[0025]圖4是根據一個實施方案的具有用于檢測SCR催化劑浸泡系統的水