CN101784767A - 具有no2控制功能的废气处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种废气处理系统(30、50、80)包括催化颗粒过滤器(32)，其布置在第一通路(30a、30a’、30a”、30a”’、30a””、50a、80a)内，并被构造成接收废气流的第一部分。催化颗粒过滤器至少部分涂覆催化材料，以便将NO转换成NO2。废气处理系统还包括第二通路(30b、50b、80b、80b’)，第二通路被构造成围绕催化颗粒过滤器引导废气流的第二部分，废气处理系统还包括选择性催化还原装置(28、28b)，其布置在第一通路和第二通路的下游。选择性催化还原装置被构造成接收包括废气流的第一部分和第二部分的混合废气流。

Description

具有NO2控制功能的废气处理系统
技术领域
本发明总体涉及废气处理系统，并且更特别是涉及一种具有NO2控制功能的废气处理系统。
背景技术
包括柴油机、汽油机、气体燃料供能发动机的内燃机以及本领域公知的其它发动机会排放包括空气污染物的复杂混合物。空气污染物可以包括气体和固体化合物，包括颗粒物质、氧化氮(NOX)以及含硫化合物。由于对环保的日益关注，废气排放标准变得越来越严格。从发动机排放的污染物的含量可以根据发动机的类型、尺寸和/或等级来调节。一种发动机制造商已经采用的与排放到环境NOX规定相符合的方法用来采用所谓的选择性催化还原(SCR)策略。
SCR是将气体或液体还原剂(例如尿素或氨)添加到来自于发动机的废气流的工艺。混合流接着被吸收到催化剂上。还原剂与废气流中的NOX反应以形成H2O和N2。SCR可在供应到SCR催化剂的废气流中的NO∶NO2比率是大约50∶50时更加有效。但是，一些发动机会产生具有大约95∶5的NO∶NO2比率的废气流。为了增加NO2的相对量以实现更接近50∶50的NO∶NO2比率，柴油机氧化催化转化器(DOC)可定位在SCR催化器上游以便将NO转换成NO2。
一种包括DOC来增加NO2在废气流中的相对量的系统在授予Montreuil等人的美国专利号6846464(’464)中得到描述。’464专利描述了包括两个腔室的催化装置。第一腔室包括涂覆例如铂的催化材料的管，铂使得NO和碳氢化合物氧化。第二腔室包括涂覆例如钯的催化材料的管，钯使得NO和碳氢化合物氧化。SCR催化器被提供到催化装置的两个腔室的下游。
虽然’464专利的系统可以提供增加废气流中NO2的量的氧化催化器，但氧化催化器的所有管被涂覆例如铂或钯的NO氧化材料。因此，整个废气流接触氧化催化器上的铂或钯涂层。因此，存在着相对于NO提供过多NO2的危险。在具有过多NO2时，NOX在还原催化器中的还原过于缓慢，因此需要较大的还原催化器来有效地还原废气流中的NOX。
本发明的系统旨在克服以上提出的一个或多个问题。
发明内容
在一个方面，本发明针对一种废气处理系统。废气处理系统包括布置在第一通路内并被构造成接收废气流的第一部分的催化颗粒过滤器。催化颗粒过滤器至少部分涂覆催化材料，以便将NO转换成NO2。废气处理系统还包括被构造成围绕催化颗粒过滤器引导废气流的第二部分的第二通路以及布置在第一通路和第二通路下游的选择性催化还原装置。选择性催化还原装置被构造成接收包括废气流的第一部分和第二部分的混合废气流。
在另一方面，本发明针对一种处理废气流的方法。该方法包括产生废气流并使得废气流的第一部分经过包括催化颗粒过滤器的第一通路，催化颗粒过滤器至少部分涂覆催化材料以便将NO转换成NO2。该方法还包括使得废气流的第二部分经过第二通路，第二通路被构造成围绕催化颗粒过滤器引导废气流的第二部分。另外，该方法包括在催化颗粒过滤器下游混合废气流的第一部分和第二部分，以便形成混合废气流，并且将混合废气流引导到选择性催化还原装置。
在又一方面，本发明针对一种废气处理系统，该废气处理系统包括布置在第一通路内并被构造成接收废气流的第一部分的催化颗粒过滤器。催化颗粒过滤器至少部分涂覆催化材料以便将NO转换成NO2。废气处理系统还包括布置在催化颗粒过滤器上游的上游喷射器。上游喷射器被构造成将还原剂喷射到废气流的第一部分内。废气处理系统还包括被构造成围绕催化颗粒过滤器引导废气流的第二部分的第二通路以及布置在催化颗粒过滤器和第二通路下游的选择性催化还原装置。选择性催化还原装置被构造成接收包括废气流的第一部分和第二部分的混合废气流。
附图说明
图1是示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图2是用于图1的废气处理系统的示例性公开的氧化装置的截面图；
图3是具有两个分支的示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图4A-4D是图3的废气处理系统的示例性公开的第一分支的示意图；
图5是具有两个分支的另一示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图6是另一示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图7是具有两个分支的又一示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图8是具有两个分支的再一示例性公开的发动机和废气处理系统的示意图；
图9A和9B是图8的废气处理系统的示例性公开的第一分支的示意图；以及
图9C是图8的废气处理系统的示例性公开的第二分支的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述的示例性实施方式。如果可能，相同的附图标记将用来在所有附图中表示相同或类似的部件。
如图1所示，提供机器的例如发动机10的能量源。被公开的实施方式可适用于多种类型的机器，例如固定或机动机器，这些机器执行与采矿、建筑、畜牧、运输、发电、伐木、造林的工业或本领域公知的任何其它工业相关的一些类型的操作。发动机10可以是内燃机，例如柴油机、汽油机、气体燃料供能发动机或者本领域普通技术人员公知的任何其它发动机。作为替代，发动机10可以是另一种能量源，例如锅炉或用于工厂或电厂的电力系统的任何其它的适当能量源。发动机10的操作可产生动力和废气流。例如，发动机10的每个燃烧室(未示出)可将燃料和空气混合，并且在其中燃烧混合物，以产生引入废气通路的废气流。废气流会包含一氧化碳、NOX、二氧化碳、醛、烟灰、氧、氮、水蒸气和/或例如氢和甲烷的碳氢化合物。
废气处理系统20设置发动机10。废气流可以从发动机10流体连通到废气处理系统20。虽然未示出，例如一个或多个涡轮增压器的其它部件或本领域公知的用于处理或操纵废气的任何其它部件可布置在发动机10的废气通路和废气处理系统20的入口之间。另外，例如废气循环装置的其它排放控制装置可布置在发动机10的废气通路内或流体连接到发动机10的废气通路。
图1所示的废气处理系统20可任选地包括布置在上游SCR装置23上游的上游喷射器21。上游喷射器21可设置成以预定时刻、压力和流速喷射例如尿素、氨和/或能够对废气流内所含的例如NOX进行化学还原的其它元素或化合物。
例如SCR催化器的上游SCR装置23可布置在上游喷射器21的下游。上游SCR装置23可对废气流中NOX的含量进行化学还原。在上游SCR装置23的上游喷射到废气流中的还原剂可被吸收到上游SCR装置23，使得还原剂可与废气流中的NOX反应，以形成H2O(水蒸气)和N2(氮气)。
图1所示的废气处理系统20包括例如DOC的氧化装置22，氧化装置从发动机10或从上游SCR装置23(如果设置的话)直接接收废气流。如果设置上游SCR装置23，上游SCR装置23紧密连接到氧化装置22。氧化装置22可以是具有多孔陶瓷蜂窝状或金属网格状结构。图2表示氧化装置22的示例性蜂窝状结构的截面图。氧化装置22包括孔22a、通道、通路或废气流可经过的其它开口。按照一个实施方式，氧化装置22可以是“部分装载”的，即少于100％百分比(例如大约50％)的孔可被涂覆铂或用于氧化NO的另一材料，例如钯、金属氧化物、铑或其它贵金属。作为替代，涂覆NO氧化材料的孔22a的百分比可以例如是大约25％、35％、45％、55％、65％、75％等，或者这些百分比之间的任何百分比。剩下的孔未被涂覆。被涂覆的孔22a的百分比可以根据应用如下所述通过试验确定，以便在所得废气流中获得NO2的目标含量，例如50％的NO和50％的NO2。因此，只有流过氧化装置22的总废气流中的一定百分比的废气流接触NO氧化材料，并且接触NO氧化材料的总废气流的百分比取决于被涂覆的孔22a的百分比。
如图1所示，废气处理系统20可包括颗粒过滤器24，颗粒过滤器24布置在氧化装置22的下游。颗粒过滤器24可以是非催化过滤器，并可包括用来从废气流去除颗粒物质的丝网或陶瓷蜂窝过滤介质。作为替代，颗粒过滤器24可以是在物理上截留颗粒、灰尘或来自于废气流的其它材料的另一类型的装置。颗粒过滤器24可以是壁流式过滤器、流过式过滤器或本领域公知的其它类型的过滤器。“壁流式”过滤器指的是例如包括多个通路且相邻通路的相对端被堵塞或栓塞以便迫使废气流径向经过多个相对薄的多孔壁的过滤器。“流过式”过滤器指的是例如可截留和存储颗粒物质并同时使得废气流流过其中的通路开放的过滤器。例如，流过式过滤器可包括板材和其它堵塞机构，将颗粒物质朝向开放通路的网格衬垫侧转移。作为替代，如果来自于发动机10的废气流具有较低含量的颗粒物质，颗粒过滤器24可以被省略。
颗粒过滤器24可接着被连接到热源25。热源25可以是本领域公知的任何传统热源。这种热源可包括例如锅炉、电加热器、燃料燃烧器等。热源25可将热量引导到定位在废气处理系统20中的任何颗粒过滤器，例如颗粒过滤器24，以便使得颗粒过滤器内沉积的颗粒物质热老化。作为替代，热源25可被省略，并且发动机10可加热废气流，从而可加热颗粒过滤器24内的颗粒物质。热源25可布置在颗粒过滤器24的上游和发动机10的下游。在图1所示的示例性实施方式中，热源25布置在上游喷射器21以及上游SCR装置23的上游以及发动机10的下游。
喷射器26，例如以上结合上游喷射器21描述的喷射器，可设置成在颗粒过滤器24的下游将例如尿素或氨的还原剂喷射到废气流中。控制器12可经由通信管线14从包括例如被构造成测量温度、速度、消耗燃料量和/或发动机10的其它操作性能的传感器的多种来源接收输入。例如，一个或多个喷射器21、26的喷射时刻可以与从传感器40接收的传感器输入同步(图4C、4D、6和8)，传感器40例如是下面描述的温度传感器、NOX传感器、流量传感器、压力传感器、定时器和任何其它类似的传感装置。如果希望，除了压力或温度条件之外或不考虑压力或温度条件，还考虑到可以设定周期的方式进行喷射。为了实现这些特定的喷射事件，控制器12可控制一个或多个喷射器21、26的操作，以响应一个或多个输入。
控制器12可使用这些输入来根据预设控制算法形成控制信号。控制信号可以经由通信管线14从控制器12传递到多种致动装置，例如喷射器21、26。控制器12可体现为单个微型处理器或多个微型处理器，其包括用于控制喷射器21、26操作的装置。多种可以购买到的微型处理器可被构造成执行控制器12的功能。控制器12可包括运行应用程序所需的部件，例如存储器、二次存储装置和例如中央处理器的处理器，或任何其它本领域公知的装置。可以考虑控制器还可与发动机10的一个或多个部件通信连接，以便改变其操作。因此，发动机10和喷射器21、26可连接到控制器12，并且任选地，控制器12可集成到发动机10内。
作为替代，传感器40可体现为包含在控制器12内并根据映射驱动的估计来产生信号的物理传感器和虚拟传感器。物理传感器可检测参数并将该参数通信到控制器12，这些参数例如是一个或多个发动机燃料/空气设置值、发动机操作速度、发动机负载、发动机燃料喷射曲线、其它发动机操作参数、废气温度、废气流速、废气处理系统20内的任何元件的温度等。虚拟传感器可评价从一个或多个物理传感器接收的信号，并且可使用存储在控制器12的存储器内的一个或多个映射之中所含的关系，根据检测到的参数，来估计操作参数，例如预期的废气NO∶NO2比率。作为替代，传感器40可以是能够检测NO∶NO2比率、NOX含量等的物理传感器。
SCR装置28，例如SCR催化器或上面结合上游SCR装置23描述的其它类型的SCR装置，可以布置在颗粒过滤器24和喷射器26的下游。通过喷射器26喷射的尿素可分解成氨，并且SCR装置28可有助于氨和废气流中的NOX之间的反应，以便产生水和氮气，由此从废气流去除NOX。在离开SCR装置28之后，废气流可从废气处理系统20输出，例如释放到周围大气。作为替代，第二SCR装置28a可布置在SCR装置28的下游，以便在废气流从废气处理系统20输出之前接收废气流。第二SCR装置28a还可降低废气流中NOX的含量，例如废气流的体积较大的情况。
图3表示废气处理系统30的另一示例性实施方式。如图3所示，图1所示的废气处理系统20的氧化装置22可通过具有第一分支30a和第二分支30b的双分支子系统代替。上面描述的SCR装置28可定位在两个分支30a、30b下游。第一分支30a包括催化颗粒过滤器32，例如催化柴油颗粒过滤器(CDPF)。催化颗粒过滤器32可以是例如结合颗粒过滤器24描述的颗粒过滤器的颗粒过滤器(例如壁流式过滤器、流过式过滤器或其它类型的过滤器)，该颗粒过滤器具有海绵状或其它类型的多孔或泡沫状材料，这种材料可被均匀涂覆铂或用于氧化NO的另一材料，例如钯、金属氧化物、铑或其它贵金属。因此，流过催化颗粒过滤器32的大部分废气或所有废气接触NO氧化材料。在催化颗粒过滤器32中，NO氧化材料使得NO氧化，以便形成NO2。NO2可与颗粒物质中的碳(烟灰)反应，以便形成CO和NO。因此，催化颗粒过滤器32内的碳(烟灰)的含量可以降低，由此使得催化颗粒过滤器32再生。
第二分支30b按照从上游到下游的顺序可以包括结合图1的实施方式描述的氧化装置22和颗粒过滤器24。第二分支30b内的氧化装置22和颗粒过滤器24可设置在单个罐或壳体内。任选地，阀34可设置在第二分支30b内的颗粒过滤器24的下游。阀34可控制流经第二分支30b的废气量，并因此可控制两个分支30a、30b之间的流量分配。例如，结合图4C的实施方式描述的一个或多个传感器40可设置成监测第一分支30a和/或第二分支30b内的废气流的NO∶NO2比率，例如催化颗粒过滤器32和/或颗粒过滤器24下游处的NO∶NO2比率。作为替代，阀34可被省略，并且第一分支30a内的催化颗粒过滤器32可以相对于第二分支30b内的氧化装置22和颗粒过滤器24设定尺寸，以便控制两个分支30a、30b之间的流量分配。例如，第一分支30a内的催化颗粒过滤器32的尺寸可以设定成使得总废气流的大约50％被引导到催化颗粒过滤器32。作为替代，催化颗粒过滤器32的尺寸可设定成使得大约45％、55％、60％等或这些百分比之间的任何百分比的废气流被引导到催化颗粒过滤器32。剩余的废气流到第二分支30b。结合图1的实施方式描述的SCR装置28和第二SCR装置28a可定位在两个分支30a、30b的下游。作为替代，第二SCR装置28a可以被省略。
图4A-4D表示图3的废气处理系统30的第一分支30a的可替代示例性实施方式。在图4A所示的第一分支30a’中，图3所示的第一分支30a的催化颗粒过滤器32按照从上游到下游的顺序可由结合图1的实施方式描述的氧化装置22和颗粒过滤器24来代替。作为替代，在图4B所示的第一分支30a”中，结合图1的实施方式描述的氧化装置22可以布置在图3所示的第一分支30a的催化颗粒过滤器32的上游。作为另一替代，在图4C所示的第一分支30a”’中，结合图1的实施方式描述的上游喷射器21可布置在图3所示的第一分支30a的催化颗粒过滤器32的上游。作为替代，上游喷射器21可布置在第一分支30a”’和第二分支30b的上游以及热源25的下游。传感器40可设置成监测催化颗粒过滤器32的温度。指示被检测温度的信号经由通信管线14从传感器40传递到控制器12。作为另一替代，在图4D所示的第一分支30a””中，结合图1的实施方式描述的上游喷射器21和上游SCR装置23可布置在图3所示的第一分支30a的催化颗粒过滤器32的上游。上游SCR装置23可紧密连接到催化颗粒过滤器32。结合图4C的实施方式描述的传感器40可以设置成监测催化颗粒过滤器32的温度。
图5表示废气处理系统50的另一示例性实施方式，其中图3所示的废气处理系统30的双分支子系统可通过具有第一分支50a和第二分支50b的双分支子系统代替。第一分支50a按照从上游到下游的顺序可包括结合图3的实施方式描述的催化颗粒过滤器32和阀34。第二分支50b可包括结合图1和图3的实施方式描述的颗粒过滤器24和阀34。结合图1的实施方式描述的SCR装置28和第二SCR装置28a可以定位在两个分支50a、50b的下游。作为替代，第二SCR装置28a可被省略。作为另一替代，例如在需要来自于废气流的颗粒物质较少还原时，第二分支50b内的颗粒过滤器24可以被省略。作为又一替代，例如在来自于发动机10的废气流具有低含量的颗粒物质时，第一分支50a内的催化颗粒过滤器32可以通过例如DOC或结合图1的氧化装置22描述的其它类型的氧化装置代替，并且第二分支50b内的颗粒过滤器24可以被省略。
图6表示废气处理系统60的又一示例性实施方式。如图6所示，图1所示的废气处理系统20还可包括例如DOC或结合图1的氧化装置22描述的其它类型的氧化装置的上游氧化装置62。在上游氧化装置62的下游，废气处理系统60按照从上游到下游的顺序还可包括结合图1的实施方式描述的上游喷射器21、上游SCR装置23、氧化装置22、颗粒过滤器24、喷射器26和SCR装置28。作为替代，颗粒过滤器24可以被省略。上游氧化装置62和氧化装置22可以是类似的，但是它们被涂覆NO氧化材料的孔22a的百分比不同(图2)。例如，上游氧化装置62的大约25％的孔22a被涂覆，并且第二分支70b内的上游氧化装置72的大约65％-100％的孔22a被涂覆。结合图4C的实施方式描述的传感器40可被设置成监测颗粒过滤器24上游的废气流的温度和/或NO∶NO2比率。作为替代，传感器40可设置在发动机10下游的任何地方，例如在氧化装置22和SCR装置28之间。
图7表示废气处理系统70的另一示例性实施方式。如图7所示，废气处理系统70可包括具有第一分支70a和第二分支70b的双分支子系统。第一分支70a按照从上游到下游的顺序包括结合图1和图6的实施方式描述的上游氧化装置62、上游喷射器21、上游SCR装置23以及颗粒过滤器24。第二分支70b也按照从上游到下游的顺序包括与第一分支70a内的元件相同或类似的上游喷射器21、上游SCR装置23以及颗粒过滤器24。上游氧化装置72定位在第二分支70b内的上游喷射器21的上游。第一分支70a内的上游氧化装置62以及第二分支70b内的上游氧化装置72可以是类似的，但是具有被涂覆NO氧化材料的不同百分比的孔22a。例如，第一分支70a内的上游氧化装置62的大约25％的孔22a被涂覆，且第二分支70b内的上游氧化装置72的大约65％-100％的孔22a被涂覆。结合图1的实施方式描述的SCR装置28可定位在两个分支70a、70b的下游。
图8表示废气处理系统80的另一示例性实施方式。如图8所示，废气处理系统80可包括具有第一分支80a和第二分支80b的双分支子系统。第一分支80a可类似于图3和4D所示的废气处理系统30的第一分支30a””，即第一分支80a从上游到下游包括上游喷射器21、上游SCR装置23和连接到传感器40的催化颗粒过滤器32。第二分支80b类似于图7所示的废气处理系统70的第二分支70b，即第二分支80b从上游到下游包括上游氧化装置72、上游喷射器21、上游SCR装置23以及颗粒过滤器24。所述的喷射器26和SCR装置28可定位在两个分支80a、80b的下游。
图9A和9B表示图8的废气处理系统80的第一分支80a的可替代示例性实施方式。如图9A所示，第一分支80a’从上游到下游可包括上游喷射器21、上游SCR装置23、氧化装置22以及颗粒过滤器24，如图1的实施方式设置的那样。如图9B所示，第一分支80a”从上游到下游可包括结合图7的实施方式描述的上游氧化装置62、上游喷射器21、上游SCR装置23以及颗粒过滤器24。图9C表示图8的废气处理系统80的第二分支80b的可替代示例性实施方式。如图9C所示，第二分支80b’从上游到下游可包括上游喷射器21、上游SCR装置23、氧化装置22以及颗粒过滤器24，如图1的实施方式设置的那样。
工业实用性
所公开的废气处理系统可设置在包括例如发动机的产生废气流的能量源的任何机器和电力系统中。所公开的废气处理系统可增加SCR装置上游的废气流中的NO2相对于NO的含量，使得SCR装置可更加快速和有效地降低NOX含量。现在将说明废气系统的操作。
按照图1所示的废气处理系统20的实施方式，来自于发动机10的废气流可在引导到氧化装置22之前通过热源25加热。任选地，例如在冷启动状态下，还原剂可通过上游喷射器21喷射到废气流，并且接着还原剂和废气流可被引导到上游SCR装置23，以便在废气流被引导到氧化装置22之前降低废气流中NOX的含量。接着废气流可被引导到其中颗粒物质可被去除的颗粒过滤器24。在离开颗粒过滤器24之后，还原剂通过喷射器26被喷射到废气流并且废气流被引导到SCR装置28以及任选的第二SCR装置28a，降低废气流中NOX的含量。
通过SCR装置28还原NOX的效率可以至少部分取决于废气流中的NO2∶NOX比率。特别是，当废气流中的NO2∶NOX比率是大约50∶50时，通过SCR装置28还原NOX会更加快速和更加有效。按照示例性实施方式，氧化装置22可将废气流中的一些NO转换成NO2，使得NO∶NO2比率更加接近50∶50。例如，氧化装置22的孔22a的大约50％-75％可被涂覆铂。在一个实施方式中，氧化装置22的孔22a的大约75％可被涂覆铂。因此，图1所示的废气处理系统20可减少颗粒物质，并可在将废气流释放到周围大气之前提供NOX的更大还原。
氧化装置22还使得颗粒过滤器24再生。氧化装置22增加NO2的含量，使得NO2与颗粒物质中的碳(烟灰)反应，以便形成CO和NO。因此，颗粒过滤器24内的碳(烟灰)的含量降低，由此使得颗粒过滤器24再生，并且降低颗粒物质堆积并堵塞颗粒过滤器24的危险。
按照图3所示的废气处理系统30的实施方式，来自于发动机10的废气流在被引导到第一分支30a和第二分支30b之前通过热源25加热。废气流的第一部分流过第一分支30a，其中废气的第一部分的全部或大部分接触催化颗粒过滤器32的铂涂层，以便将一些NO转换成NO2。NO2的增加可使得催化颗粒过滤器32如上所述再生，并且可增加从第一分支30a到SCR装置28的NO2含量。废气的第二部分流过第二分支30b，其中废气的第二部分被引导到局部加载的氧化装置22。在示例性实施方式中，氧化装置22的小于50％的百分比(例如大约25％)的孔22a被涂覆铂。因此，氧化装置22可将废气的第二部分中的一些NO转换成NO2。NO2的增加可使得第二分支30b内的颗粒过滤器24再生，如结合图1的实施方式的氧化装置22和颗粒过滤器24描述的那样。如上所述，NO2的增加还使得SCR装置28更加快速和更加有效地执行NOX还原。在离开氧化装置22之后，废气的第二部分可被引导到其中去除颗粒物质的颗粒过滤器24。
来自于第一分支30a和第二分支30b的废气的各自部分被混合，并且还原剂通过喷射器26喷射到混合流中。接着，混合流被引导到SCR装置28，SCR装置28降低混合流中的NOX含量。按照图3和4A-4D所示的实施方式，第一分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””可相对于第二分支30b内的氧化装置22和颗粒过滤器24设定尺寸，使得来自于第一分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””和第二分支30b的混合流具有更加接近50∶50的NO∶NO2比率。作为替代或另外，传感器40和/或阀34可设置在第二分支30b内，以便还控制两个分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””和30b中的各自流量。因此，SCR装置28中NOX的还原可更加有效和快速。废气处理系统30可减少颗粒物质(通过第一分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””内的部件以及第二分支30b内的颗粒过滤器24)，并可在将废气流释放到周围大气之前提供NOX的更大还原。
作为替代，一个或多个传感器40可设置在例如两个分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””和30b之一或两者内，或者设置在两个分支和SCR装置28之间。因此，控制器12可根据检测的情况(例如NO∶NO2比率)例如通过控制阀34调节两个分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””和30b之间的流量分配，以便提供对供应到SCR装置28的NO2含量的更加准确的控制。可以实现废气的NO∶NO2比率的闭环控制。
按照图4A所示的实施方式，废气的第一部分可流过第一分支30a’，其中废气的第一部分被引导到局部加载的氧化装置22以及颗粒过滤器24。在示例性实施方式中，氧化装置22的大约50％或较低百分比的孔22a被涂覆铂。因此，氧化装置22可将废气的第一部分内的一些NO转换成NO2。NO2的增加可使得第一分支30a’内的颗粒过滤器24再生，如结合图1所示的氧化装置22和颗粒过滤器24描述的那样。如上所述，NO2的增加还使得SCR装置28更加快速和更加有效地执行NOX还原。在离开氧化装置22之后，废气的第一部分可被引导到其中去除颗粒物质的颗粒过滤器24。
按照图4B所示的实施方式，废气的第一部分可流过第一分支30a”，其中废气的第一部分被引导到局部加载的氧化装置22以及催化颗粒过滤器32。局部加载的氧化装置22的大约50％或较低百分比的孔22a被涂覆铂。因此，氧化装置22可将废气的第一部分内的一些NO转换成NO2。NO2的增加可使得催化颗粒过滤器32再生，并如上所述使得通过SCR装置28还原NOX得以更加快速和更加有效地执行。另外，催化颗粒过滤器32可使得废气的第一部分的大部分或全部接触过滤器32的铂涂层，由此将一些NO转换成NO2。NO2的增加可如上所述使得催化颗粒过滤器32再生，并如上所述使得通过SCR装置28还原NOX得以更加快速和更加有效地执行。
按照图4C所示的实施方式，废气的第一部分可流过第一分支30a”’，其中还原剂可通过上游喷射器21喷射。接着，还原剂流和废气的第一部分可被引导到催化颗粒过滤器32。催化颗粒过滤器32可使得废气的第一部分的大部分或全部接触过滤器32的铂涂层，由此将一些NO转换成NO2。NO2的增加可使得催化颗粒过滤器32再生，并如上所述使得通过SCR装置28还原NOX得以更加快速和更加有效地执行。
按照示例性实施方式，在满足预定条件时，例如在冷启动情况下和/或在监测催化颗粒过滤器32的温度的传感器40所测量的温度在预定范围内时(例如大约200℃-300℃、大约200℃-350℃或其中SCR装置28中的NOX还原取决于NO∶NO2比率的其它温度范围)，控制器12可将信号发送到上游喷射器21以便喷射还原剂。在满足预定条件时，控制器12可将信号发送到上游喷射器12，以便将还原剂喷射到来自于催化颗粒过滤器32的废气流的第一部分内。添加还原剂可降低接触催化颗粒过滤器32的铂涂层的废气的第一部分内的NOX含量。
控制器12可被构造成根据将催化颗粒过滤器32的检测温度与将要喷射的还原剂的所需量相关联的一个或多个映射来确定通过上游喷射器21喷射的还原剂的所需(或者目标)量。另外，映射可根据供应到SCR装置28的NO2的所需量(例如达到希望的50∶50的NO∶NO2比率)来确定还原剂的所需量。控制器12还可根据其它因素来确定还原剂量，例如催化颗粒过滤器32的性能、来自于第二分支30b的废气的第二部分内的NO2的估计量等。因此，通过使用映射，控制器12可根据检测的情况(例如催化颗粒过滤器32的温度)来调整喷射到第一分支30a”’的还原剂的量，以便更加准确地控制供应到SCR装置28的NO2的量。可以实现对废气的第一部分中的NO∶NO2比率的闭环控制。确定是否通过上游喷射器21喷射还原剂以及喷射多少还原剂可以根据催化颗粒过滤器32的检测温度来调整。
按照图4D所示的实施方式，废气的第一部分可流过第一分支30a””，其中还原剂可通过上游喷射器21喷射。接着，还原剂流和废气的第一部分可被引导到上游SCR装置23，以便在废气流被引导到催化颗粒过滤器32之前降低废气流内NOX的含量。催化颗粒过滤器32可使得废气的第一部分的大部分或全部接触过滤器32的铂涂层，由此将一些NO转换成NO2。NO2的增加可如上所述使得催化颗粒过滤器32再生，并如上所述使得通过SCR装置28还原NOX得以更加快速和更加有效地执行。
控制器12可将信号发送到上游喷射器21以便在满足预定条件时将还原剂喷射到废气的第一部分内，如结合图4C所示的实施方式描述的那样。在上游SCR装置23的上游添加还原剂可降低废气的第一部分内的NOX的含量。由于具有较少的NOX(包括NO和NO2)，成正比的较少NO和NO2被供应到催化颗粒过滤器32。因此，与不添加还原剂的情况相比，催化颗粒过滤器32输出较少的NO2。
控制器12还可被构造成调整通过上游喷射器21喷射还原剂的量，如结合图4C所示的实施方式描述的那样。因此，通过使用映射，控制器12可根据检测的情况(例如催化颗粒过滤器32的温度)来调整喷射到第一分支30a””内的还原剂量，以便更加准确地控制供应到SCR装置28的NO2的量。可以实现对废气的第一部分中的NO∶NO2比率的闭环控制。确定是否通过上游喷射器21喷射还原剂以及喷射多少还原剂可以根据催化颗粒过滤器32的检测温度来调整。
按照图5所示的废气处理系统50的实施方式，来自于发动机10的废气流在被引导到第一分支50a和第二分支50b之前通过热源25加热。废气的第一部分流过第一分支50a，其中废气的第一部分的全部或大部分接触催化颗粒过滤器32的铂涂层，以便将一些NO转换成NO2。NO2的增加如上所述使得催化颗粒过滤器32再生，并可增加从第一分支50a到SCR装置28的NO2的量。废气的第二部分流过第二分支50b，其中废气的第二部分被引导到颗粒过滤器24。颗粒过滤器24可从废气的第二部分去除颗粒物质。接着，来自于第一分支50a和第二分支50b的废气的各自部分混合，并且还原剂通过喷射器26喷射到混合流中。混合流被引导到SCR装置28，降低混合流中NOX的含量。
第一分支50a和第二分支50b内的阀34可通过控制器12控制，以便控制流过分支50a、50b的各自流量。在示例性实施方式中，控制器12可控制流过阀34的各自流量，以便在引导到SCR装置28的废气流中提供大致为50∶50的NO∶NO2比率。因此，SCR装置28中NOX的还原可以更加有效和快速。废气处理系统50可减少颗粒物质(通过第一分支50a内的催化颗粒过滤器32和第二分支50b内的颗粒过滤器24)，并且可在将废气流释放到周围大气之前提供NOX的更大还原。
另外，控制器12可控制阀34，使得第一分支50a和第二分支50b内的阀34同时关闭。在阀34同时关闭时，在发动机10内形成背压，升高废气流的温度。较高温度的废气可用来使得第一分支50a内的颗粒过滤器32以及第二分支50b内的颗粒过滤器24再生。因此，热源25可以被省略。
按照图6所示的废气处理系统60的实施方式，来自于发动机10的废气流在被引导到局部加载的上游氧化装置62之前通过热源25加热。在示例性实施方式中，上游氧化装置62的小于50％百分比(例如大约25％)的孔22a被涂覆铂。作为替代，上游氧化装置62的大约50％或小于100％的另一百分比的孔22a被涂覆铂。因此，氧化装置22可将废气流的第二部分内的一些NO转换成NO2。接着，还原剂可通过上游喷射器21被喷射到废气流，并且还原剂流和废气可被引导到上游SCR装置23，以便降低废气流中NOX的含量。由于上游氧化装置62将上游SCR装置23上游的一些NO转换成NO2，可以通过上游SCR装置23实现更大的NOX还原效率。
废气流接着被引导到局部加载的氧化装置22。在示例性实施方式中，氧化装置22的等于或大于50％(例如大约65％)的孔22a被涂覆铂。作为替代，氧化装置22的大约75％或小于100％的另一百分比的孔22a被涂覆铂。因此，氧化装置22可将废气流内的一些NO转换成NO2。与上游氧化装置62相比，由于氧化装置22的更大百分比的孔22a被涂覆铂，氧化装置22可将更多的NO转换成NO2。接着，任选地，废气流可被引导到其中去除颗粒物质的颗粒过滤器24。通过氧化装置22增加NO2可以使得颗粒过滤器24再生，如结合图1所示的实施方式的氧化装置22和颗粒过滤器24描述的那样。
在离开颗粒过滤器24之后，还原剂通过喷射器26喷射到废气流中，并且废气流被引导到SCR装置28，降低废气流中NOX的含量。废气流中剩余的NO2可通过SCR装置28使用，以便以更大的效率降低NOX的含量。在示例性实施方式中，废气处理系统60的例如上游氧化装置62、上游SCR装置23、氧化装置22以及颗粒过滤器24的部件可被构造成将具有大约50∶50的NO∶NO2比率的废气流提供给SCR装置28。
作为替代或另外，为了将具有大约50∶50的NO∶NO2比率或其它最佳比率的废气流提供给SCR装置28，传感器40可设置在例如氧化装置22的下游。传感器40使得控制器12能够确定NO∶NO2比率，并且对上游喷射器21将还原剂分配到上游SCR装置23进行闭环控制，由此使得上游SCR装置23的转换效率得到控制。传感器40可将指示废气流中NO∶NO2比率的信号传递到控制器12。例如，传感器40可包括上述的虚拟传感器以及一个或多个物理传感器。那么控制器12可确定上游喷射器12喷射还原剂的时刻和数量，以便例如通过设定更加接近50∶50的NO∶NO2比率控制供应到SCR装置28的废气流的NO∶NO2比率。例如，一个或多个映射可存储在控制器12的存储器内。根据物理传感器检测的性能，例如废气流的温度、空间速度、去往发动机10的空气流等，映射可用来确定所检测的废气流的NO∶NO2比率。接着根据所检测的废气流中的NO∶NO2比率，映射可用来确定将要喷射的还原剂的时刻和数量，以便将NO∶NO2比率保持在50∶50附近。因此，可以实现废气流中的NO∶NO2比率的闭环反馈控制。因此，在SCR装置28内还原NOX在较宽范围的操作条件(例如废气温度)下是更加有效和更加快速的。另外，废气处理系统60可通过颗粒过滤器24减少废气流中的颗粒物质，并且可在废气流释放到周围大气之前提供NOX的更大还原。同样，随着废气处理系统60的部件老化，对分配到上游SCR装置23的还原剂的闭环反馈控制可以补偿例如氧化装置62、22的其它部件的转换效率的改变，由此保持供应到SCR装置28的最佳NO∶NO2比率。闭环反馈控制还可对供应到SCR装置28的NO∶NO2比率进行积极控制。
例如在喷射器21、26喷射过多还原剂或氧化装置22不能转换所有的氨时，一些氨会在经过上游SCR装置23之后保留在废气流中。SCR装置28可通过将氨与废气流中的NOX反应以便形成N2和水而去除剩余的氨(即，逃逸的氨)。另外，传感器40还可用来确定上游喷射器21喷射的还原剂的量是否在所需范围内，例如过高或过低，使得氨逃逸量降低。
按照图7所示的废气处理系统70的实施方式，来自于发动机10的废气流在被引导到第一分支70a和第二分支70b之前通过热源25加热。废气的第一部分流过第一分支70a，其中废气的一定百分比的第一部分在第一分支70a内的上游氧化装置62内接触铂涂层，以便将一些NO转换成NO2。所述百分比根据上游氧化装置62的被涂覆铂的孔22a的数量来确定。同时，废气的第二部分流过第二分支70b，其中废气的一定百分比的第二部分在第二分支70b的上游氧化装置72内接触铂涂层，以便将一些NO转换成NO2。所述百分比根据上游氧化装置72的被涂覆铂的孔22a的数量来确定。因此，通过各自的上游氧化装置62、72在第一分支70a和第二分支70b内提供增加的NO2的量。
在各自第一分支70a和第二分支70b内的上游氧化装置62、72的下游，还原剂可通过各自的上游喷射器21喷射到废气流。还原剂流和废气可被引导到各自的上游SCR装置23，以便降低废气流中的NOX的含量。通过上游氧化装置62、72增加NO2可如上所述使得通过上游SCR装置23还原NOX得以更加快速和更加有效地执行。各自废气流接着被引导到各自第一分支70a和第二分支70b内的颗粒过滤器24，并且颗粒过滤器24可从各自废气流去除颗粒物质。另外，通过上游氧化装置62、72引入各自第一分支70a和第二分支70b内的废气流的一些NO2可通过颗粒过滤器24使用以便再生，如结合图1所示的实施方式的氧化装置22和颗粒过滤器24描述的那样。来自于第一分支70a和第二分支70b的废气的各自部分被混合，并且被引导到SCR装置28，降低混合流中的NOX的含量。
上游氧化装置62、72的不同百分比的孔22a被涂覆铂。在示例性实施方式中，第一分支70a内的上游氧化装置62的小于50％百分比(例如25％)的孔22a被涂覆铂，并且第二分支70b内的上游氧化装置72的大于50％百分比(例如75％)的孔22a被涂覆铂。作为替代，上游氧化装置72的大约75％或小于100％的另一百分比的孔22a被涂覆铂。控制器12可将信号发送到上游喷射器21，以便控制喷射到各自第一分支70a和第二分支70b的还原剂的量，例如以提供大约50∶50的NO∶NO2比率，由此在SCR装置28内提供更加有效和快速的NOX还原。因此，废气处理系统50可减少颗粒物质(通过第一分支70a和第二分支70b内的颗粒过滤器24)，并且在废气流释放到周围大气之前提供NOX的更大还原。
在双分支废气处理系统中，例如图3、5、7和8的废气处理系统30、50、70、80中，一个或两个分支内的颗粒过滤器24和/或催化颗粒过滤器32可以是流过式过滤器，如上所述。与壁流式过滤器相比，流过式过滤器具有较小的背压。当背压在流过式过滤器的上游积累时，流过各自分支的目标或所需流量与流过分支的实际流量之间存在差别。目标/所需流量和实际流量之间的差别可造成与例如50∶50的目标NO∶NO2比率的偏差，以及与供应到SCR装置28的实际NO∶NO2比率的偏差。因此，在一个或两个分支内的颗粒过滤器24和/或催化颗粒过滤器32是流过式过滤器时，使得背压过大的危险降低了，由此提供更加有效的废气处理系统。
废气处理系统20、30、50、60、70、80的一个或多个特征(例如氧化装置22、62、72的被涂覆孔22a的百分比、两个或多个分支30a、30a’、30a”、30a”’、30a””、30b、50a、50b、70a、70b、80a、80a’、80a”、80b、80b’等之间的流量分配等)可以根据应用来通过试验确定。例如，可在废气处理系统20、30、50、60、70、80的一个或多个部件(例如SCR装置28上游的废气处理系统20、30、50、60、70、80的部件)在预定操作条件下并且引导到SCR装置28的废气流实现50∶50的目标NO∶NO2比率操作时可确定这些特性。所述预定操作条件可以包括例如预定质量流量、预定温度或难以进行NOX转换时和/或具有少于50％NO2时的其它操作条件。预定质量流量可例如是大约60000容积小时空间速度(VHSV)(60000hr-1)或更少，废气流的预定温度可以是例如大约250-350℃。例如，在一个实施方式中，氧化装置中的被涂覆的孔的百分比和/或两个或多个分支之间的流量分配可以在实现以下操作条件时确定：SCR装置28上游的废气处理系统的部件具有大约60000hr-1的VHSV、引导到SCR装置28的废气流的温度在250-350℃，并且引导到SCR装置28的废气流实现50∶50的NO∶NO2比率。这时，确定的特性(例如被涂覆孔的百分比和/或流量分配)可变成废气处理系统20、30、50、60、70、80的目标特性。
考虑到以上公开内容，本领域普通技术人员容易设想或认识到废气处理系统的实现所需NO2控制功能的附加构造。例如，图8和9A-9C所示的废气处理系统80的实施方式示出了图1、3、4A-4D和5-7所示废气处理系统的例如上游喷射器21、氧化装置22、上游SCR装置23和颗粒过滤器24的部件的另外构造。图8和9A-9C所示的废气处理系统80使用与结合图1、3、4A-4D和5-7描述的相同操作原理操作。
本领域普通技术人员将明白可以对所述废气处理系统进行多种变型和改型。本领域的普通技术人员将从说明书的阅读以及所公开的废气处理系统的实施中明白其它的实施方式。所打算的是所述说明书和实例只是示例性的，其真实范围通过随后的权利要求及其等同物来限定。

Claims (10)

1.一种废气处理系统(30、50、80)，包括：
催化颗粒过滤器(32)，所述催化颗粒过滤器(32)布置在第一通路(30a、30a’、30a”、30a”’、30a””、50a、80a)内并能够接收废气流的第一部分，所述催化颗粒过滤器至少部分涂覆催化材料，以便将NO转换成NO2；
第二通路(30b、50b、80b、80b’)，所述第二通路(30b、50b、80b、80b’)能够围绕所述催化颗粒过滤器引导所述废气流的第二部分；
选择性催化还原装置(28、28b)，所述选择性催化还原装置(28、28b)布置在所述第一通路和所述第二通路的下游，所述选择性催化还原装置能够接收包括所述废气流的第一部分和第二部分的混合废气流。
2.如权利要求1所述的废气处理系统，还包括布置在所述第二通路内的颗粒过滤器(24)。
3.如权利要求2所述的废气处理系统，其中所述催化颗粒过滤器和所述颗粒过滤器中的至少一个是流过式过滤器。
4.如权利要求2所述的废气处理系统，还包括氧化装置(22、72)，所述氧化装置(22、72)布置在所述第二通路内的所述颗粒过滤器的上游，所述氧化装置具有多个通道(22a)，所述废气流的第二部分流过所述通道，所述氧化装置的小于100％百分比的所述通道被涂覆催化材料。
5.如权利要求1所述的废气处理系统，其中所述废气流的第一部分包括大约50％的混合废气流。
6.如权利要求1所述的废气处理系统，还包括：
上游喷射器(21)，所述上游喷射器(21)布置在所述催化颗粒过滤器的上游，所述上游喷射器能够将还原剂喷射到所述废气流的第一部分内；
传感器(40)，所述传感器(40)能够检测所述催化颗粒过滤器的特性；以及
控制器(12)，所述控制器(12)连接到所述传感器，所述控制器能够接收检测的特性，并且根据检测的特性控制所述上游喷射器的还原剂的喷射。
7.如权利要求1所述的废气处理系统，还包括第一阀(34)，所述第一阀(34)布置在所述第一通路和所述第二通路的至少一个内。
8.如权利要求7所述的废气处理系统，其中所述第一阀能够根据供应到所述选择性催化还原装置的混合废气流中的目标NO∶NO2比率来控制流过所述阀的流量。
9.一种用于处理废气流的方法，包括：
产生废气流；
使所述废气流的第一部分经过第一通路(30a、30a’、30a”、30a”’、30a””、50a、80a)，所述第一通路包括至少部分涂覆催化材料以便将NO转换成NO2的催化颗粒过滤器(32)；
使所述废气流的第二部分经过第二通路(30b、50b、80b、80b’)，所述第二通路能够围绕所述催化颗粒过滤器引导所述废气流的第二部分；
在所述催化颗粒过滤器的下游混合所述废气流的第一部分和第二部分，以便形成混合废气流；以及
将所述混合废气流引导到选择性催化还原装置(28、28a)。
10.如权利要求9所述的方法，还包括调整所述废气流的所述第一部分和所述第二部分之间的流量分配。
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