ES2691922T3

ES2691922T3 - Regeneración térmica de un catalizador con los gases de escape

Info

Publication number: ES2691922T3
Application number: ES15741218.0T
Authority: ES
Inventors: Maurizio Archetti
Original assignee: Haldor Topsoe AS; Ecospray Technologies SRL
Current assignee: Topsoe AS; Ecospray Technologies SRL
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: US10247078B2; US20170226915A1; CN107075997A; CA2957616A1; JP2017534786A; CA2957616C; JP6533570B2; EP3186494A1; WO2016030094A1; EP3186494B1; KR102393193B1; KR20170044118A

Abstract

Sistema (01) para la regeneración térmica de un filtro de hollín catalizado para una unidad de limpieza de los gases de escape del motor que comprende una turbina de un turbocompresor (03); una o más tuberías de los gases de escape (02) conectadas a la turbina del turbocompresor (03); un eductor (04) que comprende una entrada motriz (05), una entrada de succión (06) y una salida (07); una o más tuberías (08) de corriente dividida de gases de escape que conectan la una o más tuberías de gases de escape aguas arriba de la turbina turbocompresora con la entrada motriz del eductor; una tubería de aire (09) conectada a la entrada de succión del eductor; una válvula de regulación de flujo (10) montada en la tubería de aire; y una tubería de salida del eductor (11) que conecta la salida del eductor con el filtro de hollín catalizado.

Description

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DESCRIPCION

Regeneracion termica de un catalizador con los gases de escape

La presente invencion se refiere a un sistema y a un metodo para la regeneracion de un catalizador por medio de los gases de escape de un motor. En particular, la invencion se refiere a la regeneracion del catalizador en aplicaciones de limpieza de los gases de escape de los motores marinos que comprenden turbocompresores para la eliminacion de hidrocarburos y materia particulada en forma de hollin, ceniza y metales pesados que estan presentes en los gases de escape del motor.

La limpieza de los gases de escape del motor se vuelve cada vez mas importante y exigente con las crecientes regulaciones medioambientales. Los sistemas de limpieza requieren energia extra y espacio adicional, lo que aumenta el coste total de los sistemas del motor para los barcos.

Los sistemas de limpieza de los gases de escape del motor normalmente comprenden un catalizador que se puede combinar con sistemas de filtrado. Los filtros de limpieza de gases de escape a menudo tienen forma de filtros de flujo de pared, lo que garantiza la mayor eficacia de limpieza, pero se pueden emplear otros tipos de filtro. Los tipos de filtro se pueden dotar con catalizador de oxidacion.

El catalizador comprendido en los sistemas de limpieza de los gases de escape se debe regenerar. Esto requiere una corriente de gases con una temperatura en un rango adecuado para regenerar el catalizador. Por lo tanto, los sistemas de regeneracion requieren energia termica adicional, lo que tiene un impacto adverso en la eficiencia general del sistema de propulsion de los barcos y aumenta el coste del equipo y el consumo de energia.

En el documento DE4416014 se reivindica un dispositivo para mejorar la limpieza de los gases de escape de un motor de combustion interna introduciendo aire en los gases de escape que incluye una bomba de chorro de gas cuyo chorro de impulsion se conecta a la salida de escape del motor y cuya salida se conecta al dispositivo de limpieza de gas. El aire adicional se aspira a traves del lado de succion de la bomba de chorro y se mezcla con los gases de escape del motor que pasan a traves de el. Tambien se reivindica un proceso para mejorar la limpieza de los gases de escape de los motores de combustion interna mediante la adicion de aire a los gases de escape utilizando una bomba de chorro a traves de la cual pasen al menos parte de los gases de escape.

Existe una necesidad de un sistema y un metodo de regeneracion del catalizador que minimice los gastos para proporcionar la energia termica adicional necesaria. El sistema debe regenerar el catalizador de un sistema de limpieza de gases de escape para asegurar bajas o nulas descargas contaminantes, especialmente en el mar, a fin de minimizar la huella ambiental y los impactos de la navegacion en los puertos y areas costeras, pero al mismo tiempo minimizar el coste de instalacion y operacion del sistema de regeneracion. Preferiblemente, el sistema de regeneracion debe ser compatible con los sistemas de motores existentes, especialmente los sistemas de motores marinos.

La presente invencion proporciona un sistema y un metodo para la regeneracion del catalizador, especialmente en los sistemas de limpieza de los gases de escape marinos que comprenden motores diesel turboalimentados. El sistema es ademas compacto y sencillo, el sistema y el metodo proporcionan regeneracion del catalizador a un bajo coste de operacion y tambien un bajo coste de instalacion. Debido a su tamano compacto y simplicidad, es muy adecuado para la modernizacion para actualizar las aplicaciones marinas existentes, pero tambien es adecuado para nuevas aplicaciones de construccion, ya que el diseno compacto ahorra espacio y coste.

En el presente sistema y metodo para la regeneracion del catalizador, el gas caliente para la regeneracion termica del catalizador se extrae directamente del colector de los gases de escape del motor antes de la turbina del turbocompresor. Estos gases de escape vertidos antes de la turbina entran en un eductor. Gracias a la expansion de los gases en el eductor, se extrae una corriente controlada de aire frio mediante una valvula de regulacion. La valvula de aire se modula para mantener la temperatura correcta configurada de los gases de escape despues del eductor. Los gases se conducen a continuacion al catalizador que necesita regenerarse y, por lo tanto, no se necesita energia termica adicional.

Caracteri'sticas de la invencion

La presente invencion proporciona un sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con la reivindicacion 1 y un metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con la reivindicacion 9. Otras formas de realizacion preferidas de la invencion se definen en las reivindicaciones dependientes.

Numeros de posicion de los dibujos

01. Sistema de regeneracion termica del catalizador.

02. Tuberia de gases de escape.

03. Turbina turbocompresora.

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04. Eductor.

05. Entrada motriz del eductor.

06. Entrada de succion del eductor.

07. Salida del eductor.

08. Tuberia de la corriente dividida de los gases de escape.

09. Tuberia de aire.

10. Valvula de regulacion de flujo.

11. Tuberia de salida del eductor.

12. Valvula de regulacion de los gases de escape.

Descripcion del dibujo

Una descripcion mas detallada del metodo y del sistema sera evidente a partir de la siguiente descripcion de una forma de realizacion especifica con referencia al dibujo en el que

La Fig. 1 muestra el sistema de regeneracion termica del catalizador 01 de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. Dos tuberias de gases de escape 02 conectan la cabecera de los gases de escape del motor diesel con las dos turbinas turbocompresoras 03. Una parte de los gases de escape se vierte desde las tuberias de gases de escape al eductor 04 a traves de las tuberias de la corriente dividida de los gases de escape 08. Esta corriente dividida de los gases de escape se conecta a la entrada motriz del eductor 05 a traves de una valvula de regulacion de los gases de escape 12, que esta adaptada para ajustar el flujo de la corriente dividida de los gases de acuerdo con la necesidad de regeneracion del catalizador (no mostrado). La corriente dividida de los gases puede ser una corriente pulsante, que solo se conecte al catalizador durante los periodos de regeneracion separados por periodos de operacion sin regeneracion. Cuando pasa a traves del eductor, la corriente dividida de los gases de escape es capaz de aspirar una corriente de aire ambiente (mas frio) desde la tuberia de aire 09 a traves de la entrada de succion del eductor 06 debido a la expansion de gas en el eductor.

La corriente combinada que comprende la corriente dividida de los gases de escape y una cantidad de aire frio sale del eductor a traves de la salida del eductor 07 y es conducida al catalizador a regenerarse por la tuberia de salida del eductor 11. La temperatura de la corriente combinada se puede mantener en un rango constante deseado a pesar de la variacion de la temperatura de los gases de escape debido a la presencia de la valvula de regulacion de flujo 10 situada en la tuberia de aire. La valvula de regulacion de flujo se adapta para ajustar la cantidad de aire ambiente mas frio con respecto a la corriente dividida de los gases de escape, manteniendo de este modo la corriente de gases combinada en un rango de temperatura constante.

Ejemplo

En un sistema de regeneracion termica del catalizador, los gases de escape de un motor diesel tienen una presion de 1 -2,5 barg y una temperatura de 400-520 °C de acuerdo con la carga del motor.

La valvula reguladora de flujo modula y ajusta el flujo (succion) del aire ambiente mas frio para mantener la temperatura de la corriente de gases combinada despues del eductor en el rango de 380-500 °C adecuado para la regeneracion de un catalizador.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Sistema (01) para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado para una unidad de limpieza de los gases de escape del motor que comprende una turbina de un turbocompresor (03);

una o mas tuberias de los gases de escape (02) conectadas a la turbina del turbocompresor (03);

un eductor (04) que comprende una entrada motriz (05), una entrada de succion (06) y una salida (07);

una o mas tuberias (08) de corriente dividida de gases de escape que conectan la una o mas tuberias de gases de escape aguas arriba de la turbina turbocompresora con la entrada motriz del eductor;

una tuberia de aire (09) conectada a la entrada de succion del eductor;

una valvula de regulacion de flujo (10) montada en la tuberia de aire; y

una tuberia de salida del eductor (11) que conecta la salida del eductor con el filtro de hollin catalizado.
2. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde la valvula de regulacion de flujo se adapta para regular la cantidad de aire aspirada en el eductor para alcanzar un intervalo de temperatura constante de los gases que salen del eductor.
3. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con la reivindicacion 2, en donde el intervalo de temperatura es de 380 °C a 500 °C.
4. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el filtro de hollin catalizado es un filtro DPF combinado compacto.
5. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el motor es un motor diesel marino.
6. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas una valvula de regulacion (12) dispuesta en la una o mas tuberias de la corriente dividida de gases de escape adaptada para abrir, cerrar o regular el flujo de los gases de escape a la entrada motriz del eductor.
7. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, adaptado para los gases de escape del motor que tienen una temperatura de 400 °C-520 °C.
8. Sistema para la regeneracion termica de un filtro de hollin catalizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, adaptado para que los gases de escape del motor tengan una presion de 1-2,5 barg.
9. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada predeterminada, que comprende las etapas de

proporcionar una corriente dividida de los gases de escape presurizada desde un turbocompresor aguas arriba;

pasar la corriente dividida presurizada a la temperatura de los gases de escape a una entrada motriz de un eductor y extraer aire ambiente a menor presion a una temperatura inferior a la temperatura de los gases de escape a traves de la entrada de succion del eductor;

controlar la cantidad de aire ambiente aspirado a traves de la entrada de succion del eductor para obtener la temperatura configurada predeterminada; y

poner en contacto la mezcla de aire de gases de escape asi obtenida con el filtro de hollin catalizado durante un tiempo suficiente para la regeneracion de hollin del filtro.
10. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada predeterminada de acuerdo con la reivindicacion 9, en donde la temperatura configurada esta en el rango de 380 °C - 500 °C.
11. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada predeterminada de acuerdo con la reivindicacion 9 o 10, en donde el filtro de hollin catalizado es un filtro DPF combinado compacto.
12. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada

predeterminada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en donde el motor es un motor diesel marino.
13. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada

5 predeterminada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-12, que comprende ademas una valvula de regulacion dispuesta en la una o mas tuberias de la corriente dividida de los gases de escape adaptada para abrir, cerrar o regular el flujo de los gases de escape a la entrada motriz del eductor.
14. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada

10 predeterminada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en donde los gases de escape del motor tienen una temperatura de 400 °C-520 °C.
15. Metodo para la regeneracion termica controlada de un filtro de hollin catalizado en una unidad de limpieza de los gases de escape del motor con una mezcla de gases de escape y aire ambiente a una temperatura configurada predeterminada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-14, en donde los gases de escape del motor

15 tienen una presion de 1 -2,5 barg.