[发明专利]选择性催化还原催化剂的诊断和处理

说明书

技术领域

本申请的主题总体上涉及用于内燃机的废气后处理系统，并且更具体地涉及诊断和处理基于钒的选择性催化还原(SCR)催化剂。

背景技术

近年来，内燃机的排放规定已经变得越来越严格。在世界的很多地方，环境关注已经促进实施内燃机的更严格的排放要求。政府机构，例如美国的环境保护署(EPA)，仔细地监测发动机的排放质量并且设定所有发动机必须遵守的可接受的排放标准。通常，排放要求根据发动机类型而变化。用于压缩点火(柴油机)发动机的排放测试通常监测柴油机颗粒物质(PM)、氮氧化物(NO_x)、以及未燃的碳氢化合物(UHC)的释放。

废气后处理系统接收并且处理由内燃机产生的废气。典型的废气后处理系统包括被配置成降低存在于废气中的规定的废气排放物的水平的多种部件中的任何。例如，用于柴油驱动的内燃机的某些废气后处理系统包括多种部件，例如柴油机氧化催化剂(DOC)、颗粒物质过滤器或柴油机颗粒过滤器(DPF)、以及选择性催化还原(SCR)催化剂。在某些废气后处理系统中，废气首先通过柴油机氧化催化剂，然后通过柴油机颗粒过滤器，并且随后通过SCR催化剂。

SCR催化剂降低存在于废气中的氮氧化物(NO_x)的量。通常，SCR催化剂被配置成在氨(NH₃)和SCR催化剂的催化材料的存在下，将NO_x还原成诸如N₂和H₂O之类的成分。因为氨不是燃烧过程的天然副产物，所以它必须在废气进入SCR催化剂之前被人工地引入到废气中。通常，氨不直接被注射至废气中，这归因于与气体氨的储存有关的安全考虑。因此，常规系统被设计成将还原剂(例如，柴油机废气处理液(diesel exhaust fluid)(DEF)、氨、金属氯化物盐等等)注射至废气中，所述废气能够在废气的存在下在某些条件下分解成气体氨。通常被常规的废气后处理系统使用的还原剂是DEF，其是脲-水溶液。

在世界的某些地方，使用的常见SCR催化剂是基于钒的SCR催化剂。通常，基于钒的SCR催化剂包括载体层和由基于钒的催化材料制成的催化层。基于钒的SCR催化剂提供超过由其他催化材料制成的SCR催化剂的某些优点。然而，当硫存在于通过SCR催化剂的废气流中时，基于钒的SCR催化剂对硫中毒是特别地敏感的。硫中毒倾向于降低关于SCR催化剂的NO_x还原或转化的效率。

对于具有最小的硫含量的燃料，避免了基于钒的催化剂的硫中毒。然而，对于具有相对高的硫含量的燃料，基于钒的催化剂的硫中毒是相当常见的。相应地，某些发动机系统包括检测硫中毒的存在的车载诊断，并且当硫中毒被检测到时使发动机慢转。由于硫中毒而慢转的发动机需要维修，这可能是耗时的并且昂贵的。此外，用于验证在基于钒的催化剂上的硫中毒的存在的验证过程(例如，以避免假阳性)，或用于恢复中毒的SCR催化剂的恢复过程，可能是不可用的或无效的。因此，初始诊断为硫中毒的基于钒的催化剂常常被新的催化剂替换并且被丢弃，这引入高的保修成本和钒废弃物处置问题。可选择地，即使有效的验证过程和恢复过程是可用的，这样的过程通常需要过多的操作成本和广泛的人员培训。

发明内容

响应于本领域现在的状态且特别地响应于还没有被当前可用的用于废气后处理催化剂的诊断过程和恢复过程完全解决的在废气后处理催化剂领域中的问题和需求，已经开发了本申请的主题。一般地，本申请描述用于诊断和恢复中毒的SCR催化剂的设备、系统、以及方法的各种实施方案，它们克服现有技术的多个缺点。

根据一个实施方案，SCR催化剂处理系统包括：基于钒的SCR催化剂，其被水溶性污染物污染；以及水递送系统，其被配置成将水应用至基于钒的SCR催化剂，以从基于钒的SCR催化剂除去水溶性污染物。

在SCR催化剂处理系统的某些实施方式中，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盐。在某些实施方式中，水溶性污染物是硫酸铵盐或硫酸氢铵盐中的至少一种。