DE3887462T2

DE3887462T2 - Verfahren zur Regeneration keramischer Wabenfilter durch Abbrennen.

Info

Publication number: DE3887462T2
Application number: DE3887462T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Higuchi; Toshihiko Hijikata
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-11-01
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2008-11-02
Also published as: JPH0516284B2; EP0317118B1; US4914065A; DE3887462D1; EP0317118A3; JPH01127016A; EP0317118A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration Ruß auffangender Bienenwabenfilter aus Keramik durch Entfernen des an deren Trennwänden angehäuften Rußes durch Verbrennung.
Bei Bienenwabenfiltern aus Keramik, die in Dieselmotoren oder ahnlichem verwendet werden, ist es, um aus Abgasen abgefilterten und an Trennwänden angesammelten Ruß zu entfernen, notwendig, daß der Ruß nach der Verwendung für einen bestimmten Zeitraum durch Verbrennung entfernt wird, um die Keramikbienenwabenfilter zu regenerieren.
Nach einem herkömmlichen Verfahren zum Verbrennen solchen Rußes werden die Mengen eines Brennstoffs und von Verbrennungsluft so eingestellt, dar die Temperaturen von Abgasen ausreichend höher als die Entzündungstemperatur des Rußes (Ruß-Entzündungstemperatur Tig) gemacht werden, um dessen vollstandige Verbrennung zu ermöglichen, und diese Mengen werden wahrend der Rußverbrennung jeweils auf konstante Werte eingestellt.
Jedoch wird beim obigen Regenerationsverfahren, da das Abgas mit der Temperatur deutlich über der Ruß-Entzundungstemperatur dem Keramikbienenwabenfilter vom Beginn der Rußverbrennung an auf einmal zugeführt wird, auf den Trennwänden angehaufter Ruß sofort rasch verbrannt. Folglich gibt es ein Problem dahingehend, daß der Keramikbienenwabenfilter zerbrochen wird oder schmilzt.
Die JP-A-59-101518 offenbart ein Verfahren zur Regeneration eines Keramikabscheiders durch das Entfernen von aus Partikeln bestehenden Stoffen darauf durch Verbrennung. Um das Schmelzen des Abscheiders zu vermeiden, wird seine Temperatur während der Regeneration reguliert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das obengenannte Problem zu lösen und ein Verfahren zur Regeneration von Keramikbienenwabenfiltern durch Verbrennung zu schaffen, wobei aber während der Regeneration der Keramikbienenwabenfilter rascher Temperaturanstieg aufgrund der Rußverbrennung verhindert wird.
Das Verfahren zum kegenerieren eines Ruß sammelnden Keramikbienenwabenfilters gemäß vorliegender Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
Bei dem Verfahren wird der rasche Temperaturanstieg beim Entfernen von Ruß durch Verbrennung während der Regeneration des Keramikbienenwabenfilters durch Regeln der Temperatur des Abgases verhindert, das dem Keramikbienenwabenfilter zuzuführen ist, sodaß die zum Anheben der Temperatur des Abgases Uber den angegebenen Temperaturbereich erforderliche Zeit auf nicht weniger als einen unteren Grenzwert festgelegt werden kann, der durch die obige Ungleichung bestimmt ist.
Diese und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung anerkannt werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen wird, wobei es sich versteht, daß einige Modifikationen, Variationen und Aenderungen derselben von Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, durchgeftihrt werden könnten.
Für ein besseres Verstehen der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der zum Anheben der Temperatur des Abgases von Tig auf Tig +200ºC erforderlichen Zeit (t) und der Menge an angehäuftem Ruß zeigt;
Fig. 2 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegszeit (t) und der Rußentzundungstemperatur (Tig) zeigt;
Fig. 3 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegszeit (t) und dem Kehrwert der Gesamtströmungsrate (Q) des Abgases im Anfangsstadium zeigt; und
Fig. 4 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegszeit (t) und (1/V)0,2 zeigt.
Gemaß vorliegender Erfindung wurde festgestellt, daß der Keramikbienenwabenfilter regeneriert werden kann, ohne zu zerbrechen oder zu schmelzen, indem die Temperatur des Abgases unter Erwärmung in einem Zeitraum angehoben wird, der der obigen Ungleichung über den angegebenen Temperaturbereich genügt.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Gases durch Erwärmen rasch innerhalb 1 Minute auf die Rußentzündungstemperatur Tig angehoben, da die zur Regeneration erforderliche Zeit in diesem Fall verkürzt wird. Weiters ist es auch vorzuziehen, die Temperatur des Abgases so anzuheben, daß die Aufwärmkurve gerade ist. (Daß die Aufwärmkurve gerade ist bedeutet, daß die Erwärmung so durchgeführt wird, daß die Temperatur durch Erwärmung bezogen auf die verstrichene Zeit linear ansteigt.)
Mit Abgas soll ein Verbrennungsgas gemeint sein, das aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor usw. kommt. Die zum Anheben der Temperatur von Tig auf Tig + 200ºC erforderliche Zeit kann beispielsweise durch das Beimischen von Kühlluft zum Verbrennungsgas geregelt werden.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden spezifischen Beispiele detaillierter beschrieben.
Es wurden zylindrische Keramikbienenwabenfilter aus Kordierit hergestellt. Diese zylindrischen Keramikbienenwabenfilter enthielten verschiedene Ruße mit unterschiedlichen Rußentzündungstemperaturen, Filtervolumina und Mengen an angehäuftem Ruß, wie jeweils in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Jeder der Bienenwabenfilter wurde durch Verbrennung des Rußes regeneriert, während die Mengen an Verbrennungsluft und Kühlluft und eine zum Anheben der Temperatur von der Rußentzündungstemperatur, Tig, auf Tig + 200ºC erforderliche Zeit variiert wurden. Zunächst wurde Dieselöl mit der Verbrennungsluft verbrannt, und die Zeit wurde geregelt, indem die Kühlluft in das durch Verbrennung erhaltene Verbrennungsgas eingemischt wurde, bevor das Verbrennungsgas in den Filter eintrat. Die Temperatur des so geregelten Verbrennungsgases wurde 20 mm stromaufwärts vom Filter gemessen. Das Erwärmen wurde so durchgeführt, daß die Temperatur innerhalb 1 Minute auf die Tig angehoben wurde und daß die Aufwärmkurve in einem Bereich von Tig bis Tig + 200ºC gerade war. Zu diesem Zeitpunkt wurde die maximale Temperatur innerhalb des Filters während der Regeneration durch Verbrennen gemessen, und Schäden der Filter nach der Regeneration durch Verbrennung wurden visuell beurteilt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 sind Filter, die nicht beschädigt wurden, und solche, die wie visuell beurteilt beschädigt wurden, durch O bzw. X angegeben. Tabelle 1(a) Strömungsrate (Nm³/min) Kühlluft Gesamtströmungsrate Versuchsergebnisse Ruß Filtervolumen (1) (Filtergröße) Angehäufte Rußmenge (g) Verbrennungsluft anfängliches Stadium Strömungsabschlußzeit Zeit zum Erwärmen des Verbrennungsgases von Tig auf Tig+200ºC Maximaltemperatur innerhalb des Filters (ºC) Filterbeschädigung Tabelle 1(b) Strömungsrate (Nm³/min) Kühlluft Gesamtströmungsrate Versuchsergebnisse Ruß Filtervolumen (1) (Filtergröße) Angehäufte Rußmenge (g) Verbrennungsluft anfängliches Stadium Strömungsabschlußzeit Zeit zum Erwärmen des Verbrennungsgases von Tig auf Tig+200ºC Maximaltemperatur innerhalb des Filters (ºC) Filterbeschädigung Anmerkung) Tig: Rußentzündungstemperatur Anfangsstadium: Verbrennungsbeginnzeit [Verbrennungsgastemperatur: Tig(ºC)] Strömungsabschlußzeit: Zeit des Beendigung der Verbrennung [Verbrennungsgastemperatur: Tig + 200(ºC)]
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 1 zu erkennen ist, wurden die Filter, bei denen eine kürzere Erwärmungszeit zum Anheben der Tig auf Tig + 200ºC erforderlich war, deutlich beschädigt. Ausgehend von den obigen Ergebnissen wurden, damit die minimale Erwärmungszeit (t), die zum Anheben von Tig auf Tig + 200ºC erforderlich ist, und während der kein Schaden erzeugt wird, durch die Gesamtströmungsrate (Q) des Verbrennungsgases pro Volumseinheit des Filters im Anfangsstadium, das Filtervolumen (V), die Menge (S) an angehäuftem Ruß pro Filtervolumseinheit und die Rußentzündungstemperatur (Tig) bestimmt werden kann, die Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur und den obigen Faktoren untersucht, wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Wie aus den Ergebnissen in den Figuren 1 bis 4 zu ersehen, steht die Erwärmungszeit (t) im Verhältnis zu S, Tig, 1/Q und (1/V)0,2. Durch das Berechnen einer Proportionalitätskonstanten davon wurde folgende Beziehung festgestellt:
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obengenannten Beispiele beschränkt ist, sondern viele Modifikationen, Variationen und Veränderungen durchgeführt werden können. Beispielsweise wurde die Temperatur in den obigen Beispielen als bevorzugte Ausführungsformen in einer Minute auf Tig gehoben, und die Aufwärmkurven im Bereich von Tig bis Tig + 200ºC waren gerade. Jedoch ist die vorliegende Erfindung ausschließlich dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Zeit, die zum Anheben von Tig auf Tig + 200ºC erforderlich ist, angegeben ist, und somit sind die zum Anheben der Temperatur des Abgases auf Tig erforderliche Zeit und das Profil der Erwärmungskurve willkürlich.
Außerdem wurde in den obigen Beispielen die Temperatur der Verbrennungsgase durch das Hinzufügen der Kühlluft zum Verbrennungsgas geregelt, aber dies ist nicht einschränkend. Beispielsweise kann eine Zufuhrmenge an Treibstoff oder eine Luftmenge geregelt werden, oder die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen kann geregelt werden.
Wie aus der vorangehenden detaillierten Beschreibung klar hervorgeht, können gemäß dem Verfahren zum Brennen der Keramikbienenwabenfilter nach der vorliegenden Erfindung die Keramikbienenwabenfilter durch Erwärmen in der verkürzten Zeit regeneriert werden, ohne daß sie zerbrechen oder schmelzen, indem die minimale Zeit bestimmt wird, die erforderlich ist, um das Abgas von der Rußentzündungstemperatur Tig auf Tig + 200ºC anzuheben.

Claims

1. Verfahren zum Regenerieren eines Ruß sammelnden Keramikbienenwabenfilters durch Entfernen von darauf angesammeltem Ruß durch Verbrennen des Rußes, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß durch ein Abgas verbrannt wird, das durch das Verbrennen eines Brennstoffs erzeugt wird, wobei das Verfahren den Schritt des Regelns der Rußverbrennung auf solche Art umfaßt, daß die zum Anheben der Temperatur des Abgases von einer Rußentzündungstemperatur (Tig) auf Tig + 200ºC erforderliche Zeit t (Minuten) der folgenden Ungleichung entspricht:

worin:

Q: eine Gesamtströmungsrate des Abgases pro Volumenseinheit des Filters zu dem Zeitpunkt, zu dem die Abgastemperatur Tig erreicht (Nm³/min/l)

V: das Volumen des Filters (l); und

S: die Menge an angesammeltem Ruß pro Filtervolumseinheit (g/l) sind.

2. Regenerationsverfahren nach Anspruch 1, worin die Temperatur des Abgases in einer Minute auf die RußentzUndungstemperatur (Tig) angehoben wird.

3. Regenerationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Abgastemperatur auf solche Weise angehoben wird, daß die Aufwärmkurve in einem Temperaturbereich von der Rußentzündungstemperatur (Tig) bis Tig + 200ºC gerade ist.