[发明专利]用于再生NOx捕集器和颗粒过滤器的废气设备和方法

说明书

本发明涉及用于再生NOx捕集器和在单个操作中再生颗粒过滤器 和NOx捕集器的设备。本发明还涉及再生NOx捕集器的方法和在单个 操作中再生颗粒过滤器和NOx捕集器的方法。本发明还涉及该设备和 方法的用途，用于压燃发动机即所谓的柴油发动机。

冷焰是一种现象，其至今没有受到太多关注。在冷焰中燃料在预 热空气中部分氧化并且温度恒定保持为大约450摄氏度，并且其独立 于空气/燃料比和滞留时间。在冷焰过程中，仅有2-20％的燃料热值被 释放，并且这种热量用于蒸发燃料，形成均质气相燃料。在研发工作 中已经发现，该气体能够从反应器壁上去除碳沉积物。虽然这种原因 还没有弄清楚，但是认为这是在冷焰气体，即部分氧化的气相燃料中 存在的自由基造成的。

在美国专利US6793693中，可以找到冷焰气体现象的更全面的描 述。

来自在过量空气条件下运行的压燃发动机(通常不够准确地称为 柴油发动机)的排气主要包含颗粒物、NOx、以及不完全燃烧产物(HC 和CO)。可以使用发动机下游的过滤器来去除颗粒物。过一阵后，过 滤器将会堵塞并需要再生，这通过在氧化条件下将废气温度增加到600 摄氏度以上来进行，由此燃烧掉碳沉积物。为了允许连续操作，通常 具有两个并联的过滤器和阀，该阀将大部分排气送至一个过滤器，而 另一个过滤器同时被再生。

不完全燃烧产物(HC和CO)可以通过氧化催化剂来去除。

另一方面，如果废气是轻度还原性的(如在奥托发动机中那样)， NOx可以被催化去除。通常在压燃发动机中不是这样。由于再生颗粒过 滤器需要氧化环境，而再生NOx捕集器需要轻度还原环境，还没有一 种方法能够在单个操作中再生颗粒过滤器和NOx捕集器。

一种减少柴油发动机中NOx排放物的方法是将一些排气再循环回 入发动机(EGR)。

虽然上述方法减少了NOx形成物，还可以通过插入NOx吸附剂来 去除NOx，如在US5974791等多篇专利文献中所描述，NOx吸附剂可由 碳酸钡制成。在吸附过程中，吸附剂被转换为硝酸钡并同时释放CO₂。 当吸附剂饱和时，可以使用CO来再生，其中，硝酸钡被转化回碳酸钡 并释放N₂气体。

为了完全处理废气，使用颗粒过滤器+NOx吸收器(NOx捕集器)+ 氧化催化剂。如上所述，问题是必须在氧化环境下高温(600摄氏度) 再生颗粒过滤器，而且在还原环境下低温(500摄氏度与CO气体)再 生NOx吸收器。这意味着需要两个操作过程来净化颗粒过滤器和NOx 捕集器，如美国专利US6955042所描述。

因此，本发明的目的是找出一种新的方法来再生NOx捕集器。

本发明的另一个目的是需要找出一种方法来在单个操作中再生颗 粒过滤器和NOx捕集器。

这些目的通过限定在独立权利要求中的本发明来完成。本发明的 进一步实施例限定在从属权利要求中。

提供了一种废气净化设备，用于净化在废气管道中流动的废气。 该废气净化设备包括：设置在废气管道中的至少一个NOx捕集器，使得 所述NOx捕集器至少部分地从流过废气管道的废气中去除NOx。该废气 净化设备还包括冷焰汽化器，其中燃料在预热空气中被部分氧化以形 成冷焰气体。所述冷焰汽化器设置成与废气管道流体连通，使得冷焰 气体能够流过废气管道中的NOx捕集器从而再生NOx捕集器。

冷焰汽化器是标准的冷焰汽化器，其中燃料在预热空气中被部分 氧化。在冷焰汽化器中，空气和燃料通常以0.3-1.0的比例(1.0是化 学计量空气/燃料比)混合，但只有小部分空气用于冷焰反应。

废气管道可以是管或具有任何截面形状的类似物，或者废气管道 可以形成为在较大主体中的内部管道。

用于预热空气的装置可以是热交换器，其中，废气的热量加热空 气。也可以使用其它预热装置例如电加热装置。

冷焰汽化器可以设置在废气管道的外面，并且如果需要则通过流 体管线连接于废气管道。如果冷焰汽化器安装于废气管道，那么仅需 要提供进入废气管道的开口，如果冷焰汽化器设置为与废气管道分开， 则要提供流体管线来连接冷焰汽化器和废气管道。

在本发明的一个实施例中，冷焰汽化器也可以设置在废气管道内。 在这种情况下无需流体管线，因为冷焰汽化器就可以将冷焰气体通过 包含所述阀装置的开口释放进废气管道中。