CN115870014A - 具有增强的抗硫性的经处理的scr催化剂 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及具有增强的抗硫性的经处理的SCR催化剂。一种方法包括：提供包含SCR催化剂的SCR系统；将SCR系统加热至高于500摄氏度的温度持续预定的时间，以便增加SCR催化剂的抗硫性；以及将SCR系统安装在后处理系统中。
Description
本申请是申请日为2020年01月10日、申请号为202080008731.4、发明名称为“具有增强的抗硫性的经处理的SCR催化剂”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月18日提交的美国临时申请第62/794,332号的优先权和权益，其全部公开内容据此通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及用于与内燃(IC)机一起使用的后处理系统。
背景
废气后处理系统(exhaust aftertreatment system)被用于接收和处理由IC机产生的废气。通常，废气后处理系统包括若干不同部件中的任何一种，以降低废气中存在的有害废气排放物的水平。后处理系统还可以包括包含SCR催化剂的选择性催化还原(SCR)系统，所述SCR催化剂被配制成在还原剂存在下分解废气中存在的废气的成分，诸如氮的氧化物(NOx)气体。由一些IC机燃烧的燃料可能具有高硫含量，这导致硫的氧化物(SOx)气体存在于废气中。SOx气体中的硫与SCR催化剂结合，并且降低SCR催化剂的NOx转化效率。
概述
本文描述的实施方案总体上涉及已经被老化或被水热老化以增加其抗硫性的SCR催化剂，并且特别地，涉及用于在SCR催化剂的制造过程期间或在SCR催化剂已经被形成到SCR系统中之后使SCR催化剂老化的方法。
在一些实施方案中，一种方法包括提供包含SCR催化剂的SCR系统；将SCR系统加热至高于500摄氏度的温度持续预定的时间，以便增加SCR催化剂的抗硫性；以及将SCR系统安装在后处理系统中。
在一些实施方案中，SCR催化剂包括金属-沸石催化剂。
在一些实施方案中，老化温度是约650摄氏度。
在一些实施方案中，加热在水蒸气存在下进行。
在一些实施方案中，对SCR系统的加热包括使气体流过SCR系统持续预定的时间，所述气体具有高于500摄氏度的温度并且在其中具有一定量的水蒸气。
在一些实施方案中，气体中的水蒸气的量在0.1％至20％的范围内。
在一些实施方案中，一种用于增强SCR催化剂的抗硫性的方法，包括提供SCR催化剂的原材料；将该原材料加热至高于500摄氏度的温度持续预定的时间；由该原材料形成SCR催化剂；煅烧SCR催化剂；以及将SCR催化剂形成到SCR系统中。
在一些实施方案中，SCR催化剂包括金属-沸石催化剂。
在一些实施方案中，温度是约650摄氏度。
在一些实施方案中，加热在水蒸气存在下进行。
在一些实施方案中，对原材料的加热包括使气体流过SCR催化剂，所述气体具有高于500摄氏度的温度并且具有一定量的水蒸气。
在一些实施方案中，气体中的水蒸气的量在0.1％至20％的范围内。
在一些实施方案中，SCR催化剂的形成包括进行离子交换过程，并且其中对原材料的加热在离子交换过程之前、期间或之后中的一种进行。
在一些实施方案中，一种用于处理由发动机产生的废气的成分的后处理系统包括：选择性催化还原(SCR)系统，所述SCR系统包含SCR催化剂；氧化催化剂，所述氧化催化剂被设置在SCR催化剂的上游；以及控制器，该控制器被配置成：确定流过后处理系统的废气中的SOx气体的量，并且响应于SOx气体的浓度高于阈值，在水存在下将SCR催化剂加热到老化温度，以使该SCR催化剂水热老化。
在一些实施方案中，后处理系统还包括加热器，所述加热器被可操作地联接到SCR系统。在这样的实施方案中，控制器被配置成选择性地启动加热器，以将SCR催化剂加热至老化温度。
在一些实施方案中，后处理系统还包括烃插入组件，该烃插入组件被配置成将烃插入到在氧化催化剂的上游流过后处理系统的废气的废气流动路径中。在这样的实施方案中，控制器被配置成命令烃插入组件将烃插入到废气流动路径中，所述烃在氧化催化剂上燃烧以将SCR催化剂加热至老化温度。
在一些实施方案中，控制器还被配置成基于SCR系统的上游的NOx气体的浓度来确定SCR催化剂的NOx转化效率；以及响应于SCR催化剂的NOx转化效率小于效率阈值，将SCR系统加热至用于使SCR催化剂再生的再生温度。
在一些实施方案中，控制器被配置成在使SCR催化剂再生之后进行SCR催化剂的水热老化。
在一些实施方案中，SCR催化剂包括金属-沸石催化剂。
在一些实施方案中，老化温度是约650摄氏度。
应当认识到，前述概念和下文更详细地讨论的另外的概念的所有组合(假设这样的概念不相互不一致)被预期为本文公开的主题的一部分。特别地，出现在本公开内容的结尾处的所要求保护的主题的所有组合被预期为本文公开的主题的一部分。
附图简述
结合附图从以下描述和所附权利要求中，本公开内容的前述特征和其他特征将变得更充分明显。在理解这些附图仅描绘了根据本公开内容的若干实施方式并且因此不应当被认为是对其范围的限制的情况下，本公开内容将通过使用附图以另外的特性和细节来描述。
图1是根据实施方案的后处理系统的示意性图示。
图2是根据实施方案的可以被用作图1的后处理系统的控制器的控制模块的示意性框图。
图3示出了在被暴露于SOx气体之前以及在被暴露于包含SOx气体的废气持续7小时、24小时和48小时的时间段之后，略微老化的SCR催化剂(degreened SCR catalyst)在多种温度的NOx转化效率的图。
图4示出了水热老化的催化剂的NOx转化效率的图，该水热老化的催化剂在被暴露于SOx气体之前和在400摄氏度被暴露于SOx气体持续10小时的时间段之后，通过使具有10％水的气体流过SCR催化剂而在650摄氏度的温度被老化。
图5示出了SCR催化剂的NOx转化效率，该SCR催化剂在400摄氏度被暴露于SOx气体持续10小时之后，在650摄氏度的温度被水热老化持续10小时、25小时、50小时和100小时的时间段。
图6是根据实施方案的用于使SCR系统老化的方法的示意性流程图。
图7是根据实施方案的用于在催化剂的制造过程期间使该催化剂老化的方法的示意性流程图。
图8是根据实施方案的用于在后处理系统的操作期间使在后处理系统的SCR系统中包含的SCR催化剂老化的方法的示意性流程图。
在以下整个详细描述中参照了附图。在附图中，相似的符号通常识别相似的部件，除非上下文另外规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不意味着是限制性的。可以利用其他实施方式，并且可以做出其他改变，而不偏离此处呈现的主题的精神或范围。将容易地理解，如本文一般描述的和附图中说明的，本公开内容的方面可以以许多不同的配置被布置、替代、组合和设计，其全部被明确地预期并且成为本公开内容的一部分。
详述
本文描述的实施方案总体上涉及已经被老化或被水热老化以增加其抗硫性的SCR催化剂，并且特别地，涉及用于在SCR催化剂的制造过程期间或在SCR催化剂已经被形成到SCR系统中之后使SCR催化剂老化的方法。
SOx气体是SCR催化剂的NOx转化效率降低的常见原因，其导致SCR催化剂失活。用于废气诸如柴油废气中的NOx还原的铜-沸石催化剂(例如，Cu交换的CHA沸石催化剂)由于废气中SOx气体的存在而特别易于失活。例如，废气中大于1ppm的SOx气体的浓度可以导致SCR催化剂的快速硫酸化。在废气中存在的SOx气体可以与铜-沸石SCR催化剂结合，并且导致SCR催化剂的NOx转化效率的降低。SCR催化剂通常通过加热至高温(例如，500摄氏度或更高)以从SCR催化剂中去除硫来脱硫，从而恢复SCR催化剂的性能。
相比之下，本文描述的用于增强SCR催化剂的抗硫性的系统和方法的多种实施方案可以提供包括例如以下的一种或更多种益处：(1)在被安装到后处理系统中之前，通过使SCR催化剂老化或水热老化来增加SCR催化剂的抗硫性；(2)允许在SCR催化剂的制造过程期间或在其制造之后老化的灵活性；(3)允许在操作期间SCR催化剂的选择性老化；以及(4)降低SCR催化剂的再生频率，从而降低燃料消耗并且降低维护成本。
如本文使用的，术语“略微老化(degreen)”、“略微老化的(degreened)”或“略微老化(degreening)”指的是催化剂的初始烧结，之后，催化剂的性能通常稳定。
图1是根据实施方案的后处理系统100的示意性图示。后处理系统100被配置成接收来自发动机10(例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、双燃料发动机、生物柴油发动机、E-85发动机或任何其他合适的发动机)的废气，并且减少废气的成分诸如，例如，NOx气体、CO、烃等。在一些实施方案中，由发动机10消耗的燃料可以包括具有高硫浓度例如大于15ppm的燃料。(例如，高硫浓度柴油燃料)。后处理系统100可以包括还原剂储存箱110、还原剂插入组件120、壳体101、包含SCR催化剂152的SCR系统150和控制器170。在一些实施方案中，后处理系统100还可以包括氧化催化剂130(例如，柴油氧化催化剂)、烃插入组件132和水插入组件134。
壳体101界定了内部容积，氧化催化剂130和SCR系统150设置在该内部容积内。壳体101可以由刚性的、耐热和耐腐蚀的材料形成，所述材料例如不锈钢、铁、铝、金属、陶瓷或任何其他合适的材料。壳体101可以具有任何合适的横截面，例如圆形、正方形、矩形、卵形(oval)、椭圆形(elliptical)、多边形或任何其他合适的形状。
入口导管102被流体地联接到壳体101的入口，并且被构造成接收来自发动机10的废气并将废气连通到由壳体101界定的内部容积。此外，出口导管104可以被联接到壳体101的出口，并且被构造成将经处理的废气排放到环境中(例如，被处理以还原废气的成分，诸如包含在废气中的NOx气体、未燃烧的烃等)。
第一传感器103可以被定位在入口导管102中。第一传感器103可以包括NOx传感器，该NOx传感器被配置成测量在流入到SCR系统150的废气中包含的NOx气体的量，并且第一传感器103可以包括物理传感器(physical sensor)或虚拟传感器(virtual sensor)。在其他实施方案中，第一传感器103可以包括SOx传感器，该SOx传感器被配置成确定在流过后处理系统100的废气中的SOx气体的量。在多种实施方案中，温度传感器、压力传感器、氧气传感器或任何其他传感器也可以被定位在入口导管102中，以便确定流过后处理系统100的废气的一个或更多个操作参数。
第二传感器105可以被定位在出口导管104中。第二传感器105可以包括第二NOx传感器，该第二NOx传感器被配置成确定在穿过SCR系统150之后排放到环境中的NOx气体的量。在其他实施方案中，第二传感器105可以包括颗粒物质传感器(particulate mattersensor)，该颗粒物质传感器被配置成确定在排放到环境中的废气中的颗粒物质(例如，包含在离开过滤器的废气中的烟灰)的量。在还其他实施方案中，第二传感器105可以包括氨传感器，该氨传感器被配置成测量在流出SCR系统150的废气中的氨的量，即，确定氨泄漏(ammonia slip)。这可以被用作确定包含在SCR系统150中的SCR催化剂152的催化效率，调节待插入到SCR系统150中的还原剂的量和/或调节SCR系统150的温度的量度，以便允许SCR系统150有效地使用氨用于催化分解包含在流过其中的废气中的NOx气体。氨氧化(AMOx)催化剂可以被定位在SCR系统150的下游，以分解在SCR系统150下游的废气中的任何未反应的氨。
在一些实施方案中，硫传感器12可以被联接到发动机10，例如发动机10的燃料箱或发动机10的燃料插入组件。硫传感器12被配置成确定燃料中硫的量，并且可以包括物理传感器或虚拟传感器。响应于燃料中硫的浓度大于15ppm，燃料可以被确定为具有高硫含量。
氧化催化剂130可以被定位在SCR系统150的上游，并且被配置成分解废气中包含的未燃烧的烃和/或CO。在特定的实施方案中，氧化催化剂130包括柴油氧化催化剂。在一些实施方案中，后处理系统100还可以包括过滤器(例如，柴油颗粒过滤器)，例如，该过滤器被设置在氧化催化剂130和SCR系统150之间并且被配置成从废气中去除颗粒物质(例如，烟灰、碎片、无机颗粒等)。在多种实施方案中，过滤器可以包括陶瓷过滤器。在一些实施方案中，过滤器可以包括堇青石过滤器，该堇青石过滤器可以，例如，是不对称过滤器。在又其他实施方案中，过滤器可以被催化。
在一些实施方案中，烃插入组件132可以被联接到壳体101，并且被配置成将烃选择性地插入到氧化催化剂130上。氧化催化剂130被配制成催化烃的点燃，以便提高废气的温度，例如，以使设置在氧化催化剂130下游的SCR催化剂152和/或过滤器再生。在多种实施方案中，烃插入组件132可以包括泵、注射器、喷嘴、阀、过滤器或用于将烃插入到废气中或插入到氧化催化剂130上的任何其他合适的部件。烃插入组件可以被配置成从与发动机10相关联的燃料箱中抽取燃料(柴油)，用于选择性地插入到废气中。
在一些实施方案中，水插入组件134也可以被流体地联接到壳体101，并且被配置成将水(例如，水射流(water jet)、水喷雾(water spray)或水蒸气)插入到壳体101中。在一些实施方案中，水插入组件134可以包括用于储存水(例如，去离子水或无菌水)的水箱、水泵、喷嘴、过滤器或用于促进将水射流、水喷雾或水蒸气插入到流过后处理系统100的废气中的任何其他合适的部件。虽然水插入组件134在图1中被示出为在氧化催化剂130的上游流体地连接到壳体101，但是在其他实施方案中，水插入组件134可以在氧化催化剂130的下游并且在SCR催化剂152的上游流体地连接到壳体101。
包含在SCR系统150中的SCR催化剂152被配制成在还原剂存在下分解流过其中的废气的成分。在一些实施方案中，SCR系统150可以包括选择性催化还原过滤器(SCRF)。SCR催化剂152可以包括金属-沸石催化剂，其包括但不限于Cu-CHA-沸石(例如Cu-SSZ-13催化剂)；但还包括其他沸石结构，其包括Cu-SAPO-34催化剂、Cu-LTA、Cu-AEI、Cu-ZSM、Cu-β、Cu-菱沸石或任何其他合适的催化剂。在其他实施方案中，SCR催化剂152可以包括铁-沸石催化剂或铜/铁-沸石催化剂。在还其他实施方案中，SCR催化剂可以包括多区催化剂(multi-zone catalyst)，例如，具有包括铜-沸石催化剂的第一区和包括铁-沸石催化剂的第二区，或者反之亦然。SCR催化剂152可以被布置在可以例如界定蜂窝状结构的合适的基底上，所述基底诸如例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢(kanthal))整体芯(monolith core)。洗涂料(washcoat)也可以被用作用于SCR催化剂152的载体材料。这样的洗涂材料可以包括例如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他合适的洗涂材料或其组合。整体芯可以被牢固地定位在罐(can)中，以形成安装在后处理系统100中的SCR系统150。在一些实施方案中，加热器158可以被联接到SCR系统150，并且被配置成将SCR系统150加热至例如催化剂的再生温度或水热老化温度。
尽管图1仅示出了被定位在由壳体101界定的内部容积内的氧化催化剂130和SCR系统150，但是在其他实施方案中，除了氧化催化剂130和SCR系统150之外，多于一个后处理部件也可以被定位在由壳体101界定的内部容积内。这样的后处理部件可以包括例如混合器、挡板、二次过滤器(例如，二次分流或催化过滤器)或任何其他合适的后处理部件。
还原剂端口156可以被定位在壳体101的侧壁上，并且被构造成允许还原剂通过其插入到由壳体101界定的内部容积中。还原剂端口156可以被定位在SCR系统150的上游(例如，以允许还原剂被插入到SCR系统150上游的废气中)或被定位在SCR系统150上方(例如，以允许还原剂被直接插入到SCR系统150上)。在其他实施方案中，还原剂端口156可以被设置在入口导管102上，并且被配置成将还原剂插入到SCR系统150上游的入口导管102中。在这样的实施方案中，混合器、挡板、叶片或其他结构可以被定位在入口导管102中，以便促进还原剂与废气的混合。
还原剂储存箱110被构造成储存还原剂。还原剂被配制成促进废气的成分(例如，废气中包含的NOx气体)的分解。可以使用任何合适的还原剂。在一些实施方案中，废气包括柴油废气，并且还原剂包括柴油废气流体。例如，柴油废气流体可以包含尿素、尿素的水溶液、或任何其他包含氨、副产物或如本领域中已知的任何其他柴油废气流体的流体(例如，以名称
销售的柴油废气流体)。例如，还原剂可以包括具有特定比率的尿素与水的尿素水溶液。在特定实施方案中，还原剂可以包括尿素水溶液，该尿素水溶液包含按体积计32.5％的尿素和按体积计67.5％的去离子水，包含按体积计40％的尿素和按体积计60％的去离子水，或者任何其他合适的比率的尿素与去离子水。
还原剂插入组件120被流体地联接到还原剂储存箱110。还原剂插入组件120被配置成将还原剂选择性地插入到SCR系统150中或其上游(例如，插入到入口导管102)或插入到被定位在SCR系统150上游的混合器(未示出)中。还原剂插入组件120可以包括促进还原剂从还原剂储存箱110的接收和向SCR系统150的递送的多种结构，例如泵、阀、筛网、过滤器等。
后处理系统100还可以包括还原剂注射器，该还原剂注射器被流体地联接到还原剂插入组件120并且被配置成将还原剂(例如，还原剂和压缩空气的组合流)插入到SCR系统150中。在多种实施方案中，还原剂注射器可以包括具有预定直径的喷嘴。在多种实施方案中，还原剂注射器可以被定位在还原剂端口156中，并且被构造成将还原剂的流或射流递送到壳体101的内部容积中，以便将还原剂递送到SCR系统150。
包含在SCR系统150中的SCR催化剂152被老化，例如被水热老化(即，在水蒸气存在下老化)，使得SCR催化剂152具有高抗硫性。特别地，SCR催化剂152在被安装到后处理系统100中之前，通过在水存在下将SCR催化剂152加热至大于500摄氏度的温度持续预定的时间而被水热老化。在一些实施方案中，温度可以在510摄氏度至700摄氏度的范围内(例如，510摄氏度、520摄氏度、530摄氏度、540摄氏度、550摄氏度、560摄氏度、570摄氏度、580摄氏度、590摄氏度、600摄氏度、610摄氏度、620摄氏度、630摄氏度、640摄氏度、650摄氏度、660摄氏度、670摄氏度、680摄氏度、690摄氏度或700摄氏度，包括其间的所有范围和值)。在特定实施方案中，温度可以是约650摄氏度。在一些实施方案中，SCR催化剂152通过使其中包含在0.1％至20％范围内的水蒸气的气体(例如，空气或废气)在SCR催化剂152上流动或流过包含SCR催化剂152的SCR系统150而被水热老化。预定的时间可以在1小时至1,000小时的范围内(例如，10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、60小时、70小时、80小时、90小时、100小时、200小时、300小时、400小时、500小时、600小时、700小时、800小时、900小时或1,000小时，包括其间的所有范围和值)。
在一些实施方案中，老化或水热老化可以在SCR催化剂152被形成到SCR系统150中之后进行。例如，一旦形成SCR系统150，就使被加热至高于500摄氏度并且包含0.1％-20％水蒸气的气体(例如，空气或废气)流过SCR系统150持续1小时-1000小时，以使该SCR催化剂152水热老化。当进行水热老化时，SCR催化剂152可以设置在包含在SCR系统150中的罐的内部或外部。
在其他实施方案中，老化可以在由其构成原材料(constituent raw material)制造SCR催化剂152期间进行。例如，在一些实施方案中，用于形成SCR催化剂的原材料，例如用于形成沸石的原材料，在0.1％-20％水蒸气存在下或在无水条件下被加热至大于500摄氏度的温度(例如，510摄氏度、520摄氏度、530摄氏度、540摄氏度、550摄氏度、560摄氏度、570摄氏度、580摄氏度、590摄氏度、600摄氏度、610摄氏度、620摄氏度、630摄氏度、640摄氏度、650摄氏度、660摄氏度、670摄氏度、680摄氏度、690摄氏度或700摄氏度，包括其间的所有范围和值)。在特定实施方案中，SCR催化剂152是铜-沸石催化剂，并且原材料可以包括铜盐和沸石基质(例如，铵/SSZ-13)。然后，例如经由离子交换过程(例如，交换过程中的溶液(solution on exchange process))由原材料形成SCR催化剂152。然后可以制备沸石。
SCR催化剂152还可以包括金属离子(例如，Cu、Fe或Cu/Fe)的离子交换以形成离子交换催化剂，即，在SCR催化剂152已经由原材料形成之后进行老化或水热老化。在多种实施方案中，水热老化可以在用于形成SCR催化剂152的离子交换过程之前、期间和/或之后进行。离子交换催化剂可以呈粉末形式，并且催化剂粉末可以与添加剂或溶剂混合以形成浆料。在一些实施方案中，老化或水热老化可以在浆料形成过程之前或之后进行。
SCR催化剂152形成过程还可以包括在洗涂过程中将浆料应用到惰性基质(例如，蜂窝基底)上以形成整体结构。在一些实施方案中，老化或水热老化在洗涂过程期间或之后进行。在一些实施方案中，老化的SCR催化剂浆料的仅一部分可以在惰性基质上被洗涂。例如，老化的SCR催化剂浆料可以仅被涂覆在整料的第一部分(例如，上游部分)上，并且未老化的SCR催化剂浆料(例如，金属-沸石或任何其他合适的未老化的催化剂浆料)被涂覆在基质的剩余部分(例如，下游部分)上以形成整料。
然后，可以煅烧SCR催化剂152，即，暴露于高于600摄氏度(例如，高达800摄氏度)的温度，以使SCR催化剂152钙化。例如，洗涂的整料可以设置在炉或烘箱中以煅烧SCR催化剂152。在一些实施方案中，老化或水热老化可以在煅烧之后进行。在其他实施方案中，煅烧过程可以适于在煅烧过程期间进行水热老化。然后，将SCR催化剂152形成到SCR系统150中，例如，将SCR催化剂152插入到罐中以形成SCR系统150。在一些实施方案中，SCR催化剂152可以在罐装之后被老化或水热老化。
水热老化增加了SCR系统150的抗硫性。例如，图3示出了在被暴露于SOx气体之前以及在被暴露于包含SOx气体的废气持续7小时、24小时和48小时的时间段之后，略微老化的SCR催化剂在多种温度的NOx转化效率的图。通过加热至在450摄氏度-550摄氏度的范围内的低水热温度持续4小时-24小时将SCR催化剂略微老化，以使SCR催化剂的脱NOx性能稳定。SCR催化剂包括Cu-SSZ-13催化剂。在400摄氏度通过使模拟的废气流过SCR催化剂来进行硫酸化，所述模拟的废气具有500ppm的NO，1.0的氨与NOx的比率(ANR)，以及20ppm的SOx气体(约9ppm的SO3)。选择400摄氏度的温度用于硫酸化，因为在400摄氏度时，SCR催化剂的NOx转化效率达到稳定状态，但是在低于350摄氏度的温度暴露于SOx气体时，显示出NOx转化效率随着时间的连续降低。SCR催化剂在400摄氏度的NOx转化效率的饱和可以归因于不存在硫酸氢盐的形成。因此，选择400摄氏度来排除硫物质的物理吸附或掩蔽的影响。使用处于400摄氏度的温度且具有500ppm的NO、以1.0的ANR的废气来确定NOx转化效率。应当理解，虽然图3-图5的图是关于略微老化的SCR催化剂描述的，但是本文描述的概念同样地适用于非略微老化的SCR催化剂。
如图3中所看到的，在200摄氏度和300摄氏度之间的温度，硫酸化的SCR催化剂的NOx转化效率相对于非硫酸化的略微老化的SCR催化剂降低，但是在400摄氏度大致相同，400摄氏度对应于废气的正常操作温度。然而，例如，在发动机10启动或低负荷操作时，废气的温度可以低于300摄氏度(例如，在200摄氏度-300摄氏度的范围内)，这由于硫酸化的SCR催化剂在如此低的温度时较低的NOx转化效率可以导致较大量的NOx被释放到大气中。
图4示出了水热老化的催化剂的NOx转化效率的图，该水热老化的催化剂在被暴露于SOx气体之前和在400摄氏度被暴露于SOx气体持续10小时的时间段之后，通过使具有10％水蒸气的气体流过SCR催化剂而在650摄氏度的温度被老化。在200摄氏度-300摄氏度的温度范围内，水热老化的SCR催化剂经历小得多的NOx转化效率的降低，因此表现出较高的抗硫性。
图5示出了SCR催化剂的NOx转化效率，该SCR催化剂在400摄氏度被暴露于SOx气体持续10小时之后，在650摄氏度的温度被水热老化持续10小时、25小时、50小时和100小时的时间段。随着老化时间从10小时增加至50小时，SCR催化剂在硫酸化之后表现出增加的NOx转化效率，并且在将老化时间增加至100小时时观察到小得多的改善。
再次参照图1，控制器170可以被通信地联接到第一传感器103，并且可以被配置成从第一传感器103接收第一传感器信号，例如，以确定进入后处理系统100的废气中包含的NOx气体的量。控制器170还可以被通信地联接到第二传感器105，并且可以被配置成确定被排放到环境中的废气中包含的NOx气体或氨的浓度。此外，控制器170可以被通信地联接到硫传感器12，并且被配置成确定在提供给发动机10的燃料中的硫的浓度。控制器170可以使用任何类型和任何数目的有线连接或无线连接被可操作地联接到后处理系统100的多种部件。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。无线连接可能包括互联网、Wi-Fi、蜂窝、无线电、蓝牙、ZigBee等。在一种实施方案中，控制器局域网(CAN)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线包括任何数目的有线连接和无线连接。
在一些实施方案中，控制器170可以被配置成例如基于由第一传感器103确定的SCR系统150上游的NOx气体的浓度和由第二传感器105确定的SCR系统150下游的NOx气体的浓度来确定SCR催化剂152的NOx转化效率。如果SCR催化剂152的NOx转化效率低于效率阈值，则控制器170可以启动加热器158以将SCR系统150加热至再生温度(例如，约600摄氏度)，或者命令烃插入组件132将烃插入到氧化催化剂130中，导致烃燃烧并且将废气的温度升高至再生温度。
控制器170还可以被配置成例如基于从第一传感器103接收的SOx信号，或者根据如由硫传感器12(例如，物理传感器或虚拟传感器)确定的在由发动机10消耗的燃料中存在的硫的量，来确定废气中的流过废气的SOx气体的量。响应于废气中的SOx气体的浓度高于阈值(例如，1ppm)，控制器170可以被配置成使SCR系统150加热到老化温度或水热老化温度(例如，高于500摄氏度)，以使SCR催化剂152脱硫酸化。例如，控制器170可以命令烃插入组件132将烃插入到废气中，烃燃烧以产生用于水热老化的热，或者启动加热器158以便加热SCR催化剂152。在其他实施方案中，水插入组件134可以被用于将水插入到废气中，用于在加热SCR催化剂152时进行水热老化。这种老化或水热老化是在将SCR系统150安装到后处理系统100中之前，在SCR催化剂152的老化或水热老化之后进行。水热老化可以在每次再生过程之后进行持续短的时间段(例如，在约5分钟至10分钟的范围内)，或者在预定数目的再生事件已经发生之后进行持续较长的时间段(例如，约1小时至2小时)。在还其他实施方案中，后处理系统100可以不包括硫传感器。在这样的实施方案中，控制器170被配置成响应于NOx转化效率下降到低于效率阈值而进行脱硫酸化和老化或水热老化。
在特定实施方案中，控制器170可以被包括在控制模块中。例如，图2是根据实施方案的包括控制器170的控制模块171的示意性框图。控制器170包括处理器172、存储器174或任何其他计算机可读介质以及通信接口176。此外，控制器170包括NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d。应当理解，控制器170仅示出了控制器170的一种实施方案，并且可以使用能够执行本文描述的操作的任何其他控制器。
处理器172可以包括微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、ASIC芯片或任何其他合适的处理器。处理器172与存储器174通信，并且被配置成执行存储在存储器174中的指令、算法、命令或其他程序。
存储器174包括本文讨论的任何存储器和/或存储部件(storage component)。例如，存储器174可以包括处理器172的RAM和/或高速缓冲存储器(cache)。存储器174还可以包括控制器170的本地或远程的一个或更多个存储装置(例如，硬盘驱动器、闪存驱动器、计算机可读介质等)。存储器174被配置成存储查找表(look up table)、算法或指令。
在一种配置中，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d被体现为由处理器诸如处理器172可执行的机器或计算机可读介质(例如，存储在存储器174中)。如本文所描述以及在其他用途中，机器可读介质(例如，存储器174)促进某些操作的执行以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)以例如获取数据。在这点上，机器可读介质可以包括定义数据的获取(或数据的传输)的频率的可编程逻辑。因此，计算机可读介质可以包括代码，该代码可以用任何编程语言编写，所述编程语言包括但不限于Java或类似的编程语言以及任何常规过程编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，CAN总线等)相互连接。
在另一个配置中，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d被体现为硬件单元，诸如电子控制单元。这样，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d可以被体现为一个或更多个电路部件(circuitry component)，其包括但不限于处理电路、网络接口、外围装置、输入装置、输出装置、传感器等。
在一些实施方案中，NOx转换效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d可以采取一个或更多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(IC)、分立电路、片上系统(system on a chip)(SOC)电路、微控制器等)、电信电路(telecommunication circuit)、混合电路以及任何其他类型的“电路”的形式。在这点上，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d可以包括用于完成或促进本文描述的操作的实现的任何类型的部件。例如，如本文描述的电路可以包括一个或更多个晶体管、逻辑门(例如，NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等)、电阻、多路复用器(multiplexer)、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线以及类似电路。
因此，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d还可以包括可编程硬件装置，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置或类似的可编程硬件装置。在这点上，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d可以包括一个或更多个存储器装置，该存储器装置用于存储由NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d的处理器可执行的指令或算法。一个或更多个存储器装置和处理器可以具有与下文关于存储器174和处理器172提供的相同的定义。
在所示的实例中，控制器170包括处理器172和存储器174。处理器172和存储器174可以被构造或被配置成执行或实施本文中关于NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d描述的指令、命令和/或控制过程。因此，所描绘的配置代表NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d被体现为机器或计算机可读介质的前述布置。然而，如上文提及的，此说明并不意味着是限制性的，因为本公开内容预期其他实施方案，诸如其中NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d，或者NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d中的至少一个电路被配置为硬件单元的前述实施方案。所有这样的组合和变型意图落在本公开内容的范围内。
处理器172可以被实现为一个或更多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理部件或其他合适的电子处理部件。在一些实施方案中，一个或更多个处理器可以由多个电路(例如，NOx转化效率确定电路174a、硫浓度确定电路174b、温度控制电路174c和烃插入控制电路174d)共享，可以包括相同的处理器或以其他方式共享相同的处理器，在一些示例性的实施方案中，该相同的处理器可以执行经由存储器的不同区域存储的或以其他方式访问的指令。可选择地或另外地，一个或更多个处理器可以被构造成独立于一个或更多个协处理器(co-processor)来进行或以其他方式执行某些操作。在其他示例性的实施方案中，两个或更多个处理器可以经由总线联接，以实现独立的、并行的、流水式的(pipelined)或多线程的指令执行。所有这样的变型意图落在本公开内容的范围内。存储器174(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等)可以存储数据和/或计算机代码，用于促进本文描述的多种过程。存储器174可以可通信地连接到处理器172以向处理器172提供计算机代码或指令，用于执行本文描述的至少一些过程。此外，存储器174可以是或者可以包括有形的、非瞬态易失性存储器(tangible,non-transient volatile memory)或非易失性存储器。因此，存储器174可以包括数据库部件、对象代码部件(object code component)、脚本部件(script component)或用于支持本文描述的多种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。
通信接口176可以包括无线接口(例如，插孔、天线、发射器、接收器、通信接口、有线终端(wire terminal)等)，用于与多种系统、装置或网络进行数据通信。例如，通信接口176可以包括以太网网卡和端口，用于经由基于以太网的通信网络和/或Wi-Fi通信接口发送和接收数据，用于与第一传感器103、第二传感器105、发动机10、硫传感器12、加热器158和/或烃插入组件132通信。通信接口176可以被构造成经由局域网或广域网(例如，因特网等)进行通信，并且可以使用多种通信协议(例如，IP、LON、蓝牙、ZigBee、无线电、蜂窝、近场通信等)。
NOx转化效率确定电路174a被配置成确定SCR催化剂152的NOx转化效率。例如，NOx转化效率确定电路174a可以从第一传感器103和第二传感器105接收NOx信号，并且由其确定SCR催化剂152的NOx转化效率。
硫浓度确定电路174b被配置成从例如硫传感器12或第一传感器103接收硫浓度信号，并且分别由其确定在燃料或废气中的硫的浓度。温度控制电路174c被配置成产生温度信号，该温度信号可以被传送到加热器158，以便将SCR系统150的温度增加至再生温度或水热老化温度(例如，在510摄氏度-700摄氏度的范围内，诸如650摄氏度)。
烃插入控制电路174d被配置成产生烃插入信号，该烃插入信号被配置成使烃插入组件132将预定量的烃选择性地插入到氧化催化剂130中，以增加废气的温度(例如，至再生温度或水热老化温度)和/或由于烃的燃烧而产生水蒸气，以便允许SCR催化剂152的水热老化。在其他实施方案中，可选择地或另外地，后处理系统100可以包括水插入组件134，用于将水蒸气插入到废气中，以允许SCR催化剂152的水热老化。
图6是用于增加包含在SCR系统(例如，SCR系统150)中的SCR催化剂(例如，SCR催化剂152)的抗硫性的方法200的示意性流程图。方法200包括在202处提供包含SCR催化剂的SCR系统。例如，SCR系统可以包括SCR系统150，该SCR系统150包含SCR催化剂152(例如，铜-沸石催化剂)。
在204处，将SCR系统加热至高于500摄氏度的温度持续预定的时间，并且在一些实施方案中，在水蒸气存在下，以便增加SCR催化剂的抗硫性。例如，可以使包含0.1％至20％(例如，约10％)水蒸气的进料气体(例如，空气或废气)在高于500摄氏度的温度，例如，510摄氏度、520摄氏度、530摄氏度、540摄氏度、550摄氏度、560摄氏度、570摄氏度、580摄氏度、590摄氏度、600摄氏度、610摄氏度、620摄氏度、630摄氏度、640摄氏度、650摄氏度、660摄氏度、670摄氏度、680摄氏度、690摄氏度或700摄氏度，包括其间的所有范围和值(例如约650摄氏度)，流过SCR系统150持续10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、60小时、70小时、80小时、90小时、100小时、200小时、300小时、400小时、500小时、600小时、700小时、800小时、900小时或1,000小时的时间段，包括其间的所有范围和值(例如，50小时-100小时)。这使该SCR催化剂152水热老化并且增加其抗硫性，如本文先前描述的。然后，在206处，将包含老化的或水热老化的SCR催化剂152的SCR系统150安装在后处理系统(例如，后处理系统100)中。
图7是根据实施方案的用于在其制造过程期间增加SCR催化剂(例如，SCR催化剂152)的抗硫性的方法300的示意性流程图。方法300包括在302处提供SCR催化剂的原材料。例如，SCR催化剂152可以是铜-沸石催化剂，并且原材料可以包括铜盐和沸石基质(例如，铵/SSZ-13)。在一些实施方案中，方法300包括在0.1％-20％水蒸气存在下将原材料加热至大于500摄氏度的温度，例如，510摄氏度、520摄氏度、530摄氏度、540摄氏度、550摄氏度、560摄氏度、570摄氏度、580摄氏度、590摄氏度、600摄氏度、610摄氏度、620摄氏度、630摄氏度、640摄氏度、650摄氏度、660摄氏度、670摄氏度、680摄氏度、690摄氏度或700摄氏度，包括其间的所有范围和值(例如，约650摄氏度)，持续预定的时间(例如，10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、60小时、70小时、80小时、90小时、100小时、200小时、300小时、400小时、500小时、600小时、700小时、800小时、900小时或1,000小时，包括其间的所有范围和值)。
在306处，由原材料形成SCR催化剂。例如，可以进行离子交换过程、脱水和/或其他过程，以由其构成原材料形成SCR催化剂(例如，SCR催化剂152)。在一些实施方案中，操作304的过程可以在SCR催化剂已经由其构成原材料形成之后进行，即，在操作306之后进行水热老化。在多种实施方案中，水热老化可以在用于形成SCR催化剂152的离子交换过程之前、期间和/或之后进行。
在308处，将SCR催化剂煅烧，例如，暴露于高于500摄氏度(例如，高达800摄氏度)的温度，以使SCR催化剂152钙化。在一些实施方案中，水热老化可以在煅烧之后进行，即操作304的过程在操作308之后进行。在其他实施方案中，煅烧过程可以适于在煅烧过程期间进行水热老化。
在310处，将SCR催化剂形成到SCR系统150中。例如，将SCR催化剂152形成到整体芯中，该整体芯被插入到罐中以形成SCR系统150。
图8是根据实施方案的用于在后处理系统的操作期间使包含在后处理系统(例如，后处理系统100)的SCR系统(例如，SCR系统150)中的SCR催化剂(例如，SCR催化剂152)水热老化的另一种示例性方法400的示意性流程图。
方法400包括在402处确定SCR催化剂的NOx转化效率。例如，NOx转化效率确定电路174a例如基于从第一传感器103和第二传感器105接收的NOx信号来确定SCR催化剂152的NOx转化效率。
在404处，方法400包括确定NOx转化效率是否小于效率阈值。如果SCR催化剂的NOx转化效率大于效率阈值(404：否)，则方法400返回到操作402。在一些实施方案中，效率阈值可以对应于90％的NOx转化效率。在406处，响应于NOx转化效率小于效率阈值(404：是)，将SCR催化剂在再生温度再生持续预定的时间。例如，在一些实施方式中，温度控制电路174c可以产生温度信号，该温度信号被配置成启动加热器158以将SCR系统150加热至再生温度(例如，550摄氏度)，或者烃插入控制电路174d可以产生烃插入信号，该烃插入信号命令烃插入组件132将烃插入到氧化催化剂130中，导致烃燃烧并且将废气的温度增加到再生温度。
在408处，方法400包括确定废气中的SOx气体的浓度是否大于阈值(例如，1ppm)。例如，SOx浓度确定电路174b可以例如基于从第一传感器103接收的SOx信号，或者由硫传感器12确定的在由发动机10消耗的燃料中存在的硫的量，来确定废气中的流过废气的SOx的量。
如果废气中的SOx气体的浓度小于阈值(408：否)，则方法400返回到操作402。响应于废气中的SOx的浓度大于阈值(408：是)，在410处，使SCR催化剂水热老化持续预定的时间。例如，温度控制电路174c可以产生温度信号，该温度信号被配置成将SCR系统150加热至老化温度或水热老化温度(例如，高于500摄氏度)。此外，烃插入控制电路174d可以产生烃插入信号，该烃插入信号被配置成使烃插入组件132将烃插入到废气中，烃燃烧以产生用于水热老化的水蒸气。在其他实施方案中，水插入组件(例如，水插入组件134)可以被用于将水蒸气插入到废气中用于进行水热老化。这种老化或水热老化是在将SCR系统150安装到后处理系统100中之前，在SCR催化剂152的水热老化之后进行。水热老化可以在每次再生过程之后进行持续短的时间段(例如，在5分钟-10分钟的范围内)，或者在预定数目的再生事件已经发生之后进行持续较长的时间(例如，1小时-2小时)。
应当注意，如本文用于描述多种实施方案的术语“实例”意图指示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示和/或说明(并且这样的术语不意图暗示这样的实施方案必然是突出的或最好的实例)。
如本文使用的，术语“约”通常意指所述值的正或负10％。例如，约0.5将包括0.45和0.55，约10将包括9至11，约1000将包括900至1100。
如本文使用的术语“联接”及类似术语意指两个构件彼此直接或间接连接。这样的连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过将两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体(singleunitary body)来实现，或者通过将两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此附接来实现。
重要的是应当注意，多种示例性实施方案的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开内容中仅详细地描述了几种实施方案，但是回顾本公开内容的本领域技术人员将容易地理解，许多修改是可能的(例如，多种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化；参数值、安装布置的变化；材料、颜色、方向等的使用的变化)而实质上不脱离本文描述的主题的新颖教导和优点。此外，应当理解，来自本文公开的一种实施方案的特征可以与本文公开的其他实施方案的特征相结合，如本领域普通技术人员将理解的。在不脱离本实施方案的范围的情况下，还可以在多种示例性实施方案的设计、操作条件和布置中做出其他替换、修改、改变和省略。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对任何实施方案或者可以被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定实施方案的特定实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的多种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上文可以被描述为以某些组合起作用并且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
Claims (6)
1.一种用于增强选择性催化还原(SCR)催化剂的抗硫性的方法，包括：
提供所述SCR催化剂的原材料；
在水蒸气存在下将所述原材料加热至高于500摄氏度的温度持续预定的时间，以使所述原材料老化；
由老化的原材料形成老化的SCR催化剂；
煅烧所述老化的SCR催化剂；
提供基质；
将所述老化的SCR催化剂应用在所述基质的第一部分上；以及
将未老化的SCR催化剂应用在所述基质的不同于所述第一部分的第二部分上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化的SCR催化剂包括金属-沸石催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述温度是约650摄氏度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中对所述原材料的所述加热包括使气体流过所述原材料，所述气体具有高于500摄氏度的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述气体中的水蒸气的量在0.1％至20％的范围内。
6.根据权利要求1-2和5中任一项所述的方法，其中所述SCR催化剂的所述形成包括进行离子交换过程，并且其中对所述原材料的所述加热在所述离子交换过程之前、期间或之后中的一种进行。
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