CN104343499B - 用于在内燃机处的排气后处理的方法和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在内燃机处的排气后处理的方法和内燃机，具体而言，涉及用于在内燃机(10)处尤其在利用重油运行的内燃机处的排气后处理的方法，该内燃机具有通过至少一个排气涡轮增压器(13)的至少单级的排气涡轮增压部和通过SCR催化器(14)的排气净化部，其中，SCR催化器(14)在排气的流动方向上定位在该或每个排气涡轮增压器(13)上游，其中，在排气的流动方向上在SCR催化器(14)下游且在该或每个排气涡轮增压器(13)上游将二氧化硫氧化成三氧化硫，并且其中，在排气的流动方向上在该或每个排气涡轮增压器(13)下游使三氧化硫冷凝成硫酸且作为硫酸从排气中移除。

Description

用于在内燃机处的排气后处理的方法和内燃机
技术领域
本发明涉及用于在内燃机处的排气后处理的方法。此外，本发明涉及内燃机。
背景技术
由文献DE 10 2004 027 593 A1已知一种内燃机，其带有单级的或两级的排气增压部和通过SCR催化器的排气净化部。在单级的排气增压部中，SCR催化器根据现有技术或者定位在排气涡轮增压器的涡轮下游，或者定位在排气涡轮增压器的涡轮上游。在带有两个排气涡轮增压器的两级的排气增压部中，SCR催化器根据现有技术连接在两个排气涡轮增压器的两个涡轮之间。此外，由现有技术已经已知通过旁通管路绕开SCR催化器，以便旁经SCR催化器朝排气涡轮增压器的定位在SCR催化器下游的涡轮的方向上导引排气。通过旁通管路的排气流可通过调整装置调节。
虽然借助SCR催化器已经可实现受限定地降低在排气中的氮氧化物，尤其一氧化氮和二氧化氮，尤其对于利用重油运行的内燃机而言存在减少SO2排放的附加的需求。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于在内燃机处的排气后处理的新型的方法和一种新型的内燃机。
根据本发明，在排气涡轮增压的内燃机的排气中在排气涡轮增压器上游安装有用于二氧化硫的氧化的催化器，且在排气的流动方向上在该或每个排气涡轮增压器下游使三氧化硫冷凝成硫酸且作为硫酸和/或硫酸盐从排气中移除。
根据本发明，这样的两种措施彼此结合地用于减少在尤其利用重油运行的内燃机处的SO2排放，即，一方面在排气增压部上游使硫氧化物氧化成三氧化硫，而另一方面在排气增压部下游使三氧化硫冷凝成硫酸。二氧化硫氧化成三氧化硫借助于SO2氧化催化器来实现，其中，由于在氧化催化器中的氧化在排气增压部上游进行，排气在二氧化硫氧化成三氧化硫的情况下具有很高的温度和很高的压力，从而使得SO2氧化在最佳的运行条件下加速进行，亦即无需排气通过相应的预热装置的预热。此外，在排气增压部下游进行三氧化硫冷凝成硫酸，其中，由于通过排气增压部的该或每个涡轮的焓降，比起氮氧化物氧化成二氧化氮，三氧化硫冷凝成硫酸在明显更低的温度下来进行，从而可在排气增压部下游同样在最佳的运行条件下且因此高效地进行三氧化硫冷凝成硫酸。
根据本发明，该方法可与SCR催化器如此组合，即SCR催化器安装在SO2氧化催化器上游。
优选地，在SCR催化器上游将氨和/或在排气中转变成氨的氨前驱物质(Ammoniakvorläufersubstanz)引入到排气中。氨和/或氨前驱物质在SCR催化器上游引入到排气中允许氮氧化物在SCR催化器中的高效的转化。
根据本发明的有利的第一改进方案，将氨和/或氨前驱物质如此引入到排气中，即，进料比NH3/NOx>1，从而在SCR催化器下游在排气中存在用于中和硫酸的氨。根据本发明的有利的第二改进方案，在SCR催化器上游且在氨和/或氨前驱物质在该处引入到排气中的位置下游分出排气子流，可通过其或者将用于中和硫酸的氨在硫酸冷凝部下游输送给硫酸，或者将用于中和硫酸的氨在硫酸冷凝部上游输送给排气。利用这两种有利的改进方案可实现中和在冷凝时出现的硫酸，亦即借助于在SCR催化器中总归所需要的氨。因此，为了中和在冷凝时出现的硫酸，不需要单独的碱性的成分。
优选地，将排气子流的排气引导通过另一SCR催化器和/或水解催化器。一方面，这确保NH3前驱物质在水解催化器处的定量的分解，但还确保通过含有用于中和硫酸所必需的NH3的排气路径发出氮氧化物。
附图说明
由随后的说明得到本发明的优选的改进方案。借助附图对本发明的实施例进行进一步阐述，而没有由此限制本发明。其中：
图1显示了根据本发明的第一实施例的增压式内燃机的示意性的图示；
图2显示了根据本发明的第二实施例的增压式内燃机的示意性的图示；
图3显示了根据本发明的第三实施例的增压式内燃机的示意性的图示；以及
图4显示了根据本发明的第四实施例的增压式内燃机的示意性的图示。
参考标号列表
10 内燃机
11 马达
12 缸
13 排气涡轮增压器
14 SCR催化器
15 涡轮
16 压缩机
17 氨发生器
18 SO2氧化催化器
19 H2SO4冷凝器
20 容器
21 旁路
22 SCR催化器
23 水解催化器
24 节流阀
25 节流阀
26 节流阀。
具体实施方式
本发明涉及内燃机，尤其利用重油运行的船用柴油内燃机。此外，本发明涉及用于在这种内燃机处排气后处理的方法。
利用重油运行的内燃机具有这样的特点，即，内燃机所使用的燃料(即重油)具有很高的含硫量。随着越来越严格的排气法规，需要进一步降低硫氧化物排放。在此，本发明提出了这样的措施或特征，借助于其可高效地减少在利用重油运行的内燃机处的SO2排放。
图1显示了根据本发明的第一内燃机10，其具有带有多个缸12的马达11、通过排气涡轮增压器13的排气增压部和通过SCR催化器14的排气净化部。
在燃料(尤其重油)在马达11的缸12中燃烧时出现的排气被首先引导通过SCR催化器14以用于净化排气、且紧接着被引导通过排气涡轮增压器13的涡轮15以用于获取能量，其中，利用排气在排气涡轮增压器13的涡轮15中降压时获得的能量，以便在排气涡轮增压器13的压缩机16的区域中压缩在用于燃料的燃烧的缸12中所必需的增压空气。
在SCR催化器14上游将氨和/或氨前驱物质引入到排气中，其中，氨前驱物质例如可为含水的尿素溶液。使这种氨前驱物质在排气中转变成氨，其中，SCR催化器14在转化氮氧化物时需要作为还原剂的氨。
在图1显示了氨发生器17，在其中形成氨，其中，然后在图1中在SCR催化器14上游将氨引入到离开马达11的缸12的排气中。
根据本发明，在排气的流动方向上在SCR催化器14下游且在排气涡轮增压器13的涡轮15上游进行排气的二氧化硫氧化成二氧化氮，更具体地讲，根据图1借助于SO2氧化催化器18来进行氧化，其在排气的流动方向上定位在SCR催化器14下游且定位在排气涡轮增压器13的涡轮15上游。由于这样定位SO2氧化催化器而可在很高的温度和很高的压力下且因此高效地进行SO2氧化，而无需在SO2氧化催化器18上游预热排气。
此外，根据本发明，在排气的流动方向上在排气涡轮增压器13下游(更具体地讲，在排气涡轮增压器13的涡轮15下游)进行三氧化硫冷凝成硫酸，为此根据图1将H2SO4冷凝器19定位在排气涡轮增压器13下游，更具体地讲，定位在排气涡轮增压器13的涡轮15下游。为H2SO4冷凝器19输送离开排气涡轮增压器13的涡轮15的排气，其中，一方面排气和另一方面硫酸离开H2SO4冷凝器，其中，在H2SO4冷凝器19中由于三氧化硫的冷凝出现的硫酸收集在容器20中。
由于通过涡轮15的焓降，比起在SO2氧化催化器中的氧化，在H2SO4冷凝器19中的冷凝在明显更低的温度下来进行。因此，不仅在SO2氧化催化器18中的氧化而且在H2SO4催化器19中的冷凝都在最佳的工艺条件下进行。
在此应指出：在SO2氧化催化器18的领域中，作为活性成分可使用钒V和/或钾K和/或钠Na和/或铯Cs和/或铁Fe和/或铈Ce以及必要时这些元素的氧化物。
钒的份额大于5%，优选大于7%，特别优选地大于9%。
根据本发明的一有利的改进方案提出中和在冷凝时出现的硫酸，其中，形成硫酸盐。
为此可在图1的实施例中将氨和/或氨前驱物质如此引入到排气中，即进料比NH3/NOx>1，从而使得因此在SCR催化器14下游在排气中存在氨，其于是可用来中和在H2SO4冷凝器19的区域中出现的硫酸。
不同于此，还可由此来中和硫酸，即根据图2在SCR催化器14上游且在在氨发生器17中产生的氨在该处引入到排气中的位置下游通过旁路21分出排气子流且使其旁经SCR催化器14、SO2氧化催化器18以及排气涡轮增压器13的涡轮15，以便排气子流在H2SO4冷凝器19上游与排气相混合。于是在这种情况下在排气子流中又存在可用来中和硫酸的氨。就此而言，可将排气子流的通过旁路21引导的排气引导通过附加的SCR催化器22。
图3显示了本发明的一变型方案，在其中排气子流(其通过旁路21在SCR催化器14上游且在在氨发生器17中产生的氨在该处引入到排气中的位置下游从排气流中分出)的排气同样用于中和在H2SO4冷凝器19的区域中出现的硫酸，其中，然而在图3中不同于图2，排气子流被输送给硫酸或硫酸回路且并未在H2SO4冷凝器19上游与离开涡轮15的排气流相混合。在图3的变型方案中还可可选地为旁路21关联单独的SCR催化器22，以便还将排气子流的排气引导通过SCR催化器。
图4显示了本发明的一变型方案，在其中在马达11下游不是将氨而是将氨前驱物质(其然后在排气中转变成氨)引入到排气中。氨前驱物质例如可为含水的尿素溶液，其在排气中转变成氨、二氧化碳和水蒸气。
在图4的变型方案中如在图3的变型方案中一样设置成在SCR催化器14上游和在氨前驱物质在该处引入到排气中的位置下游通过旁路21分出排气子流，其中，排气子流在图4中被引导通过水解催化器23，以便加速或改善氨前驱物质转变成氨。
利用可操控或可调节的节流阀24可调整导引通过旁路21的排气子流。利用可操控或可调节的节流阀25和26可调整引导通过水解催化器23的多大量的子流或者继续通过旁路21旁经SCR催化器14、SO2氧化催化器18和排气涡轮增压器13且输送给硫酸回路，或者将多大量的排气子流在SCR催化器14上游引回到主流中。
所显示的所有的实施例的共同之处是在利用重油运行的增压式内燃机10中，在SCR催化器14下游且在排气涡轮增压器13的涡轮15上游设置有SO2氧化催化器18，可借助于其在很高的温度和很高的压力下加速进行SO2氧化。
此外，在所有的实施例中在排气涡轮增压器13的涡轮15下游设置有H2SO4冷凝器，以便将三氧化硫(Schwefeltioxid)冷凝为硫酸且以硫酸的形式引出。
优选地，中和出现的硫酸，更具体地讲，借助于在SCR催化器14的区域中作为还原剂所需要的氨来进行中和。
如已经阐述的那样，用于中和硫酸的氨或者可在H2SO4冷凝器19上游且在涡轮15下游与排气相混合，或者可在H2SO4冷凝器19下游与硫酸相混合。
在此可提供带有进料比>1的氨，从而在没有旁通管路的必要性的情况下在SCR催化器14下游且在H2SO4冷凝器19上游在排气中提供足够量的氨，以便中和硫酸。
另一方面，可借助于旁通管路21在SCR催化器14上游从排气主流分出排气子流，在其中含有氨和/或氨前驱物质，以便因此提供用于中和硫酸的氨。
在一种特别有利的设计方案中(参见图2至4)设置成通过旁通管路21旁经SCR催化器14、SO2氧化催化器18和涡轮15的排气子流在旁通管路21的区域中被引导通过SCR催化器22和/或水解催化器23。通过水解催化器23可支持氨在排气中的生成。通过旁路21的单独的SCR催化器22可降低在排气子流中的氮氧化物。
如果在旁通管路21中设置有SCR催化器22，则针对排气子流同样适用的是在排气子流中进料比>1，以便在SCR催化器22下游提供足够的氨NH3来将硫酸H2SO4中和成硫酸铵(NH4)2SO4。

Claims (19)

1.用于在内燃机处的排气后处理的方法，该内燃机具有通过至少一个排气涡轮增压器的至少单级的排气涡轮增压部和用于排气的去硫的装置，其特征在于，在排气涡轮增压器上游安装有用于二氧化硫的氧化的催化器，且在排气的流动方向上在该或每个排气涡轮增压器下游使三氧化硫冷凝成硫酸且作为硫酸和/或硫酸盐从排气中移除，并且在用于二氧化硫的氧化的催化器上游安装有用于选择性催化还原的催化器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在SCR催化器上游将氨和/或在排气中转变成氨的氨前驱物质引入到排气中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将氨和/或氨前驱物质如此引入到排气中，即进料比NH3/NOx>1，从而在SCR催化器下游在排气中存在用于中和硫酸的氨。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在SCR催化器上游分出排气子流，通过其可将用于中和硫酸的氨在硫酸冷凝部下游输送给硫酸。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在SCR催化器上游分出排气子流，通过其可将用于中和硫酸的氨在硫酸冷凝部上游输送给排气。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将排气子流的排气引导通过另一SCR催化器。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将排气子流的排气引导通过用于水解氨前驱物质的水解催化器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为用于SO2氧化催化器的活性成分，使用来自组钒、钠、钾、铈、铁、铯中的至少一种元素或其氧化物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，钒的份额大于5%。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，钒的份额大于7%。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，钒的份额大于9%。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机为利用重油运行的内燃机。
13.内燃机，带有通过至少一个排气涡轮增压器(13)的至少单级的排气涡轮增压部和用于排气的去硫的装置，其中，在排气涡轮增压器(13)上游安装有用于二氧化硫的氧化的催化器(18)，且H2SO4冷凝器(19)在排气的流动方向上定位在该或每个排气涡轮增压器下游，以便以硫酸的形式来冷凝三氧化硫且将其从排气中移除，并且在用于二氧化硫的氧化的催化器上游安装有用于选择性催化还原的催化器。
14.根据权利要求13所述的内燃机，其特征在于，可在SCR催化器(14)上游将氨或可在排气中转变成氨的氨前驱物质引入到排气中。
15.根据权利要求13所述的内燃机，其特征在于在SCR催化器(14)之前分出的旁通管路(21)，其在该或每个排气涡轮增压器(13)下游且在H2SO4冷凝器(19)上游通到排气流中。
16.根据权利要求13所述的内燃机，其特征在于在SCR催化器(14)之前分出的旁通管路(21)，其在H2SO4冷凝器(19)下游通到硫酸中。
17.根据权利要求15或16所述的内燃机，其特征在于，在旁通管路(21)中定位有另一SCR催化器(22)。
18.根据权利要求15或16所述的内燃机，其特征在于，在旁通管路(21)中定位有水解催化器(23)。
19.根据权利要求13所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
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