DE102005059402A1

DE102005059402A1 - Regeneration of automotive diesel exhaust particle filter comprises flushing with hot hydrogen peroxide and air

Info

Publication number: DE102005059402A1
Application number: DE102005059402A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bay; Dominik Dipl.-Ing. Lamotte; Dirk Dr.-Ing. Woiki
Original assignee: Purem Abgassysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-14

Abstract

In the regeneration of an automotive diesel exhaust particle filter, the filter is flushed with gaseous hydrogen peroxide, or liquid hydrogen peroxide in a super-critical condition. In addition to the action of hydrogen peroxide, the particle filter is flushed with hot gas, e.g. air at ca. 300[deg]C. An independent claim is included for an assembly for the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Partikelfilters nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for cleaning a particulate filter according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art the invention relates to a device for carrying out the Process.

Um bei Dieselbrennkraftmaschinen die Emission von Partikeln zu verringern, werden bereits seit geraumer Zeit Partikelfilter eingesetzt. Neben keramischen Filtern sind auch aus einzelnen Taschen aufgebaute Sintermetallfilter bekannt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine sammelt sich in dem Filter Ruß und Asche, die unter anderem auch Metalloxide und Sulfate enthalten kann, an. Da sich hierdurch der Abgasgegendruck erhöht ist es erforderlich, den Filter von Zeit zu Zeit zu reinigen. Eine effektive Reinigung, mit der der Partikelfilter wieder in seinen Ursprungszustand gebracht wird, ist gemäß dem heutigen Stand der Technik nur im ausgebauten Zustand möglich, da hierfür spezielle Vorrichtungen notwendig sind, die nicht ohne weiteres in ein Kraftfahrzeug integriert werden können.Around to reduce the emission of particulate matter in diesel engines, Particulate filters have been used for some time now. Next Ceramic filters are also constructed of individual pockets sintered metal filter known. While the operation of the internal combustion engine collects in the filter soot and ash, which may also contain metal oxides and sulfates, among others. Since this increases the exhaust back pressure, it is necessary to To clean filters from time to time. An effective cleaning, with the particle filter brought back to its original state is, is according to today State of the art only in the dismantled state possible, as this special Devices are necessary that are not readily available in a motor vehicle can be integrated.

Gemäß den bekannten Verfahren wird der Partikelfilter in einem Ofen auf eine Temperatur von ca. 600°C erhitzt und mehrere Stunden auf dieser Temperatur gehalten, um den Ruß abzubrennen. Nach dieser Regeneration erfolgt die eigentliche Reinigung, in der die in dem Partikelfilter verbleibende Asche aus demselben ausgespült wird.According to the known Procedure, the particulate filter in an oven to a temperature of about 600 ° C heated and held at this temperature for several hours to the To burn off soot. To This regeneration takes place the actual cleaning, in which the in the particulate filter remaining ash is rinsed out of the same.

Bei dieser Vorgehensweise handelt es sich jedoch bei dem Anfahren und dem Halten des oben genannten Temperaturniveaus sowie bei dem anschließenden, ebenfalls sehr zeitintensiven Abkühlen um Verfahrensschritte, die gleichermaßen viel Zeit und Energie erfordern.at However, this approach is at the start and keeping the above-mentioned temperature level as well as in the subsequent, also very time-intensive cooling by process steps, the same take a lot of time and energy.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung eines Partikelfilters zu schaffen, das mit einer geringeren Energiezufuhr und mit einem geringeren Zeitaufwand als bekannte Verfahren durchgeführt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.It is therefore an object of the present invention, a method for Cleaning a particulate filter to create that with a smaller Energy supply and with less time than known Procedure performed can be. Another object of the invention is to provide a device for implementation of the procedure.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this Problem solved by the features mentioned in claim 1.

Das erfindungsgemäße Zuführen von H₂O₂ führt zur Bildung von 2OH-Radikalen, die mit dem sich in dem Partikelfilter befindlichen Ruß reagieren und auf diese weise den Ruß aus dem Partikelfilter entfernen. Diese zur Vorbehandlung des Partikelfilters dienende Regeneration, die eine Verstopfung des Partikelfilters beim späteren Spülen verhindert, kann aufgrund der genannten Reaktionen bei sehr viel niedrigeren Temperaturen als gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden, so dass sich eine erhebliche Einsparung sowohl von Energie als auch von Zeit ergibt. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erheblich kostengünstiger und somit besser für eine Serienanwendung geeignet. Durch das nachfolgende Spülen werden die durch die H₂O₂-Behandlung nicht oder gering beeinflussten Ascherückstände aus dem Partikelfilter entfernt.The feeding of H ₂ O ₂ according to the invention leads to the formation of 2OH radicals which react with the carbon black present in the particle filter and thus remove the soot from the particle filter. This regeneration, which serves to pretreat the particle filter and prevents the particulate filter from clogging during the subsequent rinsing, can be carried out at much lower temperatures than in the prior art because of the above-mentioned reactions, resulting in a considerable saving of both energy and time results. As a result, the method according to the invention is considerably less expensive compared to methods known from the prior art and thus better suited for series application. By the subsequent rinsing, the ash residues that are not or only slightly influenced by the H ₂ O ₂ treatment are removed from the particle filter.

Die zu der beschriebenen Regeneration erforderliche Temperatur kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass zusätzlich zu dem H₂O₂ ein auf eine Temperatur von etwa 300°C erwärmtes Gas in den Partikelfilter eingeleitet wird.The temperature required for the described regeneration can be achieved in a simple manner by introducing into the particle filter, in addition to the H ₂ O _2, a gas heated to a temperature of about 300 ° C.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Asche mit einer Reinigungsflüssigkeit ausgespült wird. Vorzugsweise steht bei der Ausspülung die Reinigungsflüssigkeit unter einem erhöhten Druck. Die Reinigungsflüssigkeit ist vorzugsweise wässrig und kann reinigungswirksame Zusätze wie Tenside oder andere waschaktive Substanzen enthalten, welche die Reinigung des Partikelfilters unterstützen. Der Einsatz einer erwärmten Reinigungsflüssigkeit ist ebenfalls vorteilhaft. Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung des Partikelfilters kann für die anschließende Entfernung der Asche auch der Einsatz von erwärmtem, im wesentlichen reinem, unter Druck stehendem Wasser ausreichend sein, ohne dass eine Verstopfung des Partikelfilters befürchtet werden muss.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the ash is flushed out with a cleaning liquid. Preferably is at the rinse the cleaning fluid under an elevated Print. The cleaning fluid is preferably aqueous and can cleaning additives such as surfactants or other detergent-active substances containing support the cleaning of the particulate filter. The use of a heated cleaning fluid is also advantageous. By the pretreatment according to the invention of the particulate filter can for the subsequent removal the ashes are also the use of heated, essentially pure, be sufficiently pressurized water without causing constipation the particulate filter fears must become.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 8.A Apparatus for carrying out of the method results from the features of claim 8.

Mit dieser Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach durchführen, wobei die Einrichtung zum Ausspülen des Partikelfilters üblicherweise ein von den restlichen Einrichtungen dieser Vorrichtung separates Bauteil ist.With this device leaves the process of the invention very easy to perform, the device for rinsing of the particulate filter usually one separate from the remaining devices of this device Component is.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the remaining subclaims. Below is an embodiment of the invention shown in principle with reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Reinigung eines Partikelfilters.The single figure shows a device for cleaning a particulate filter.

Eine Vorrichtung 1 zur Reinigung eines Partikelfilters 2 weist eine Einrichtung 3 zur Halterung des Partikelfilters 2 auf, die im Prinzip beliebig ausgestaltet sein kann und deren Aufgabe es ist, den Partikelfilter 2 bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zu halten. Zu dem Partikelfilter 2 führt eine Gasleitung 4 zur Zuführung eines Gases zu demselben. Das Gas, vorzugsweise Luft, wird mittels eines Gebläses 5 in die Gasleitung 4 eingeleitet und dort mittels einer Heizeinrichtung 6 zur Erwärmung des Gases auf eine zur Oxidation von auf dem Partikelfilter 2 abgelagertem Ruß ausreichende Temperatur erwärmt. In die Gasleitung 4 mündet zwischen der Heizeinrichtung 6 und der Einrichtung 3 zur Halterung des Partikelfilters 2 eine weitere Leitung 7 ein, über welche H₂O₂, also Wasserstoffperoxyd, in den zu dem Partikelfilter 2 führenden Gasstrom und somit in den Partikelfilter 2 selbst eingeleitet wird. Vorzugsweise wird hierfür eine wässrige Lösung von H₂O₂ verwendet. Die Konzentration des H₂O₂ liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1% und 30%. Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer handelsüblichen 3%-igen Lösung.A device 1 for cleaning a particle filter 2 has a facility 3 for holding the particle filter 2 on, which in principle can be configured arbitrarily and whose task is the particle filter 2 in the procedure described below. To the particle filter 2 leads a gas line 4 for supplying a gas to demsel ben. The gas, preferably air, is blown by means of a blower 5 in the gas line 4 initiated and there by means of a heater 6 for heating the gas to one for oxidation of the particulate filter 2 heated soot sufficient temperature. In the gas line 4 flows between the heater 6 and the facility 3 for holding the particle filter 2 another line 7 via which H ₂ O ₂ , ie hydrogen peroxide, in the to the particle filter 2 leading gas flow and thus in the particle filter 2 itself is initiated. Preferably, an aqueous solution of H ₂ O _{2 is} used for this purpose. The concentration of H ₂ O ₂ is preferably in a range between 1% and 30%. Particularly preferred is the use of a commercially available 3% solution.

In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante wird H₂O₂, bzw. die wässrige Lösung von H₂O₂ vor der Einleitung in den Gasstrom erhitzt und unter Druck gesetzt. Bei der Einleitung in den zum Partikelfilter 2 führenden Gasstrom verdampft die Flüssigkeit sehr rasch. Dadurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige Verteilung des H₂O₂ im Gasstrom. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die wässrige Lösung von H₂O₂ vor der Einleitung in den Gasstrom durch Erhöhung von Druck und Temperatur in einen überkritischen Zustand gebracht wird.In a further advantageous variant of the method, H ₂ O ₂ or the aqueous solution of H ₂ O ₂ is heated before being introduced into the gas stream and pressurized. In the introduction to the particle filter 2 leading gas stream, the liquid evaporates very quickly. This results in a particularly uniform distribution of H ₂ O ₂ in the gas stream. It is particularly advantageous if the aqueous solution of H ₂ O ₂ is brought into a supercritical state by increasing the pressure and temperature before it is introduced into the gas stream.

Das auf diese Weise in den Partikelfilter 2 gelangende H₂O₂ dient zur Regeneration bzw. zum Abbrennen des Rußes, der sich im Laufe der Benutzung des Partikelfilters 2 in einer Abgasanlage einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angesammelt hat.That way in the particulate filter 2 reaching H ₂ O ₂ serves to regenerate or burn off the soot that occurs during use of the particulate filter 2 has accumulated in an exhaust system of an internal combustion engine, not shown.

Die Zuführung von H₂O₂ zu dem Partikelfilter 2 bzw. zu dem in den Partikelfilter 2 strömenden Gas ermöglicht eine Oxidation des angesammelten Rußes bereits bei Temperaturen von etwa 300°C oder darunter. Es ist daher vorgesehen, durch die Heizeinrichtung 6 das dem Partikelfilter 2 zugeführte Gas auf etwa 300°C zu erwärmen. Eine Erwärmung des Gases auf weniger als 300°C kann zum Abbrennen des Rußes jedoch ebenfalls ausreichend sein. Insbesondere bei einer verlängerten Behandlungszeit können auch Gastemperaturen von 200°C bis 250°C ausreichend sein.The supply of H ₂ O ₂ to the particulate filter 2 or to which in the particle filter 2 flowing gas allows oxidation of the accumulated soot already at temperatures of about 300 ° C or below. It is therefore intended by the heating device 6 that the particle filter 2 supplied gas to about 300 ° C to heat. However, heating the gas to less than 300 ° C may also be sufficient to burn off the soot. In particular, with a prolonged treatment time and gas temperatures of 200 ° C to 250 ° C may be sufficient.

Bei der Regeneration des Rußes findet eine Reaktion statt, bei welcher H₂O₂ in H₂O, also Wasser, und, zusammen mit dem Ruß, in CO₂, also Kohlendioxid, umgewandelt wird. Hierbei kann das H₂O₂ sowohl im gasförmigen als auch im flüssigen Aggregatzustand in die Leitung 7 eingeleitet werden, wobei sowohl die Temperatur des H₂O₂ als auch ein bestimmter Abstand der Leitung 7 von dem Partikelfilter 2 für den gewünschten Ablauf des oben beschriebenen Verfahrens sorgt, da die sich bildenden Radikale beim Eintritt in den Partikelfilter 2 in einem Zustand befinden sollten, in dem sie eine Verbindung mit dem Ruß eingehen.In the regeneration of the soot, a reaction takes place in which H ₂ O ₂ in H ₂ O, ie water, and, together with the carbon black, in CO ₂ , ie carbon dioxide, is converted. Here, the H ₂ O _{2 in} both the gaseous and in the liquid state of matter in the line 7 be initiated, with both the temperature of H ₂ O ₂ and a certain distance of the line 7 from the particulate filter 2 ensures the desired sequence of the method described above, since the radicals forming on entering the particle filter 2 should be in a condition in which they make contact with the soot.

Nach der beschriebenen Regeneration wird der Partikelfilter 2 in einer zusätzlichen, nicht dargestellten Einrichtung gespült, wodurch die nach der Regeneration noch in dem Partikelfilter 2 verbleibende Asche aus demselben entfernt wird. Hierzu wird vorzugsweise erwärmtes, unter Druck stehendes, annähernd reines Wasser verwendet, es ist jedoch auch möglich, eine wässrige Lösung mit Zusätzen eines geeigneten Spülmittels einzusetzen. In jedem Fall sollte ein hoher Volumenstrom des Wassers eingestellt werden. Die Einrichtung zum Spülen des Partikelfilters kann insbesondere einen geschlossenen Wasserkreislauf aufweisen, in welchem die aus dem Partikelfilter 2 entfernte Asche abgeschieden wird, um den Wasserverbrauch zu minimieren. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Behandlung mit H₂O₂ und den Spülvorgang mehrfach hintereinander im Wechsel durchzuführen.After the described regeneration of the particulate filter 2 rinsed in an additional device, not shown, whereby the after regeneration still in the particulate filter 2 remaining ash is removed from it. For this purpose, preferably heated, pressurized, approximately pure water is used, but it is also possible to use an aqueous solution with additions of a suitable detergent. In any case, a high volume flow of water should be set. The means for purging the particulate filter may, in particular, comprise a closed water circuit in which the out of the particulate filter 2 removed ash to minimize water consumption. However, it can also be provided to carry out the treatment with H ₂ O ₂ and the rinsing process several times in succession alternately.

Claims

Method for cleaning a particulate filter, wherein in a first step the soot located in the particulate filter is regenerated, and wherein in a second step the ash in the particulate filter is rinsed out, characterized in that for the regeneration of the soot into the particulate filter ( 2 ) H ₂ O _{2 is} introduced.

A method according to claim 1, characterized in that in addition to the H ₂ O _2, a gas heated to a temperature of about 300 ° C in the particulate filter ( 2 ) is initiated.

Method according to claim 2, characterized in that that air is used as the gas.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that the ash is flushed out with a cleaning liquid.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the H ₂ O ₂ the particulate filter ( 2 ) is supplied in the gaseous state.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the H ₂ O ₂ the particulate filter ( 2 ) is supplied in the liquid state.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that H ₂ O ₂ in a the particle filter ( 2 ) is introduced, wherein an aqueous solution of H ₂ O ₂ is brought into a supercritical state prior to introduction into the gas stream.

Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 7, with a device ( 3 ) for holding the particulate filter ( 2 ), with one to the particle filter ( 2 ) leading line ( 7 ) for supplying H ₂ O ₂ , and with a device for flushing the particulate filter ( 2 ).

Apparatus according to claim 8, characterized in that the to the particle filter ( 2 ) leading line ( 7 ) for supplying H ₂ O ₂ in one to the particle filter ( 2 ) leading gas line ( 4 ) for supplying a gas to the particle filter ( 2 ).

Apparatus according to claim 9, characterized in that in the gas line ( 4 ) An institution ( 6 ) is arranged to heat the gas.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that a blower ( 5 ) for blowing the gas into the gas line ( 4 ) is provided.