檢測(cè)廢氣，特別是內(nèi)燃機(jī)廢氣中所含的含氮化合物的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及檢測(cè)廢氣，特別是內(nèi)燃機(jī)廢氣中所含的含氮化合物的方法，將還原劑注入氣體并將其通過(guò)催化劑（16）來(lái)實(shí)現(xiàn)該選擇性催化還原處理。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括：向處理單元（24）傳輸設(shè)置在催化劑下游的廢氣中的氣體檢測(cè)器（18）收集到的信號(hào)，該信號(hào)代表催化劑出口處的NOx的量（NOx探測(cè)器）；將該信號(hào)通過(guò)SCR催化劑模型分解成代表催化劑出口處（16）的NOx有效量的值（NOx真實(shí)），通過(guò)整體模型分解成檢測(cè)器擾動(dòng)系數(shù)（k）和代表氨的量的值（NH3真實(shí)），得到NOx探測(cè)器=NOx真實(shí)+kNH3真實(shí)；從該分解評(píng)估系數(shù)（k）；當(dāng)系數(shù)（k）大于或等于1時(shí)，確定催化劑（16）的下游存在含氮化合物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】檢測(cè)廢氣，特別是內(nèi)燃機(jī)廢氣中所含的含氮化合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及對(duì)廢氣中所含的含氮化合物進(jìn)行檢測(cè)的方法。
[0002]更具體地涉及在發(fā)動(dòng)機(jī)特別是內(nèi)燃機(jī)的排氣管線(xiàn)中循環(huán)的廢氣，但并不限于此。
技術(shù)背景
[0003]本文所用術(shù)語(yǔ)“廢氣”涵蓋了內(nèi)燃機(jī)、固定或安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的燃料混合物燃燒的結(jié)果，以及任意其他類(lèi)型的燃燒結(jié)果，例如來(lái)自渦輪或者爐的、在煙囪中循環(huán)的煙氣。
[0004]通常來(lái)說(shuō)，在高溫和高氧含量條件下引燃燃料，例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，產(chǎn)生諸如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2),更通常稱(chēng)作NOx (氮氧化物)之類(lèi)的氣體。
[0005]然后這些NOx被排放到大氣中，一方面對(duì)人體健康有害，另一方面對(duì)環(huán)境有害，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致形成對(duì)對(duì)流臭氧層產(chǎn)生威脅的煙霧。
[0006]因此，需要提供一種方法防止這些NOx排放到大氣中，例如在它們形成之后摧毀它們。
[0007]已知進(jìn)行化學(xué)處理操作，例如選擇性催化還原，稱(chēng)作SCR (選擇性催化還原)來(lái)摧毀這些NOx。
[0008]該操作包括用專(zhuān)用催化劑的還原劑的方法對(duì)NOx進(jìn)行選擇性還原。還原被稱(chēng)作選擇性的原因在于還原劑還原了 NOx，但是不會(huì)對(duì)要燃燒的混合物中存在的氧氣進(jìn)行還原。
[0009]所述還原劑，特別是用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的還原劑，是氨(或者能分解成氨的物質(zhì))或者烴類(lèi)(氧化或未氧化的)或者可部分含有或全部含有一種或多種氧化烴類(lèi)的烴類(lèi)混合物。
[0010]在采用氨通過(guò)SCR對(duì)廢氣進(jìn)行處理的情況下，所使用的氨基試劑以固體復(fù)合物的形式或者以液體前體(例如尿素的水溶液)的形式儲(chǔ)藏。
[0011]在尿素形式的液體前體的情況下，在催化劑的上游將其注入到廢氣流中。在注入之后，通過(guò)對(duì)氣體進(jìn)行加熱將尿素中所含的水蒸發(fā)掉，尿素分解成氨和異氰酸。
[0012]對(duì)于采用(氧化或未氧化的)烴類(lèi)通過(guò)SCR進(jìn)行處理的情況，在排氣處注入所述烴類(lèi)或者由燃燒得到所述烴類(lèi)，例如在后期后注入的情況下，并且它們與廢氣中所含的NOx反應(yīng)。在該反應(yīng)期間，形成含C、H、N和O的不穩(wěn)定的復(fù)合物，它們理想地分解成二氧化碳、水和雙氮。
[0013]但是還形成了許多其他化合物，例如在采用乙醇通過(guò)SCR進(jìn)行處理的情況下，形成了例如以不可忽略量存在的氰化氫。
[0014]眾所周知的是，提供允許對(duì)還原劑的注入進(jìn)行管理的裝置，從而確保足量的注入以合適地還原NOx。
[0015]在此類(lèi)裝置中，在催化劑出口處設(shè)置了對(duì)氮氧化物特別靈敏的氣體檢測(cè)器，更常稱(chēng)作NOx探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)排出的氣體量進(jìn)行測(cè)量。
[0016]將該檢測(cè)器的輸出信號(hào)傳送到處理單元，該處理單元用于對(duì)還原劑注入功能和/或催化功能進(jìn)行控制和/或診斷。通過(guò)該信號(hào)，處理單元確定在催化劑出口處的廢氣中的NOx含量，然后將該含量與預(yù)定模型進(jìn)行對(duì)比。在與所述模型存在差異的情況下，改變還原劑注入設(shè)定點(diǎn)，從而減小或消除該差異。[0017]雖然該裝置給出了令人滿(mǎn)意的結(jié)果，但是其涉及幾個(gè)明顯的缺陷。
[0018]實(shí)際上，該裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)存在的其他化合物，例如異氰酸或者氰化氫進(jìn)行檢測(cè)。
[0019]從而處理單元無(wú)法得知在催化劑出口處的經(jīng)處理的廢氣中是否存在這些化合物以及是否將這些化合物排放到大氣中，而它們對(duì)于活生物體是有害的。
[0020]本發(fā)明的目的是通過(guò)利用廢氣管線(xiàn)或者煙囪中已經(jīng)存在的裝置，以一種簡(jiǎn)單低廉的方式克服前述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]因此，本發(fā)明涉及對(duì)經(jīng)過(guò)選擇性催化還原處理的廢氣中排放的含氮化合物進(jìn)行檢測(cè)的方法，通過(guò)將還原劑注入氣體并將所述氣體通過(guò)催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)所述選擇性催化還原處理，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0022]-向處理單元輸送設(shè)置在催化劑下游的廢氣中的氣體檢測(cè)器(18)收集到的信號(hào)，該信號(hào)代表了催化劑出口處的NOx的量(NOxs3k),
[0023]一將該信號(hào)通過(guò)SCR催化劑模型分解成代表催化劑出口處的NOx有效量的值(NOx?；)，通過(guò)整體模型分解成檢測(cè)器擾動(dòng)系數(shù)(k)和代表氨的量的值(ΝΗ3--)，從而得到NOxs
測(cè)器=NOx賴(lài)+kNH3真實(shí)，
[0024]-從所述分解評(píng)估系數(shù)(k)，
[0025]一當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I時(shí)，確定催化劑的下游存在含氮化合物。
[0026]所述方法可以包括引入氨或者分解成氨的物質(zhì)作為還原劑。
[0027]所述方法可以包括引入尿素作為還原劑。
[0028]所述方法可以包括當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I時(shí)，并且當(dāng)還原劑是氨或者分解成氨的物質(zhì)時(shí)，檢測(cè)出催化劑下游的廢氣中存在異氰酸。
[0029]所述方法可以包括引入烴類(lèi)作為還原劑。
[0030]所述方法可以包括引入氧化的烴類(lèi)作為還原劑。
[0031]所述方法可以包括引入乙醇作為還原劑。
[0032]所述方法可以包括當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I時(shí)，并且當(dāng)還原劑是烴類(lèi)時(shí)，檢測(cè)出存
在異氰酸。
[0033]所述方法可以包括在檢測(cè)到這些含氮化合物之后，通過(guò)所述單元啟動(dòng)警報(bào)程序?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]通過(guò)閱讀下文中的非限制性實(shí)施例，并參考顯示了本發(fā)明所用的SCR工藝的NOx處理裝置的附圖，可以了解本發(fā)明的其他特征和益處。
[0035]發(fā)明詳述
[0036]附圖顯示了設(shè)置在廢氣管線(xiàn)12上的SCR工藝10的NOx處理裝置。來(lái)自靜態(tài)的或安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的內(nèi)燃機(jī)(未示出)的廢氣在所述管線(xiàn)中循環(huán)。
[0037]在廢氣流動(dòng)的方向上，所述裝置在進(jìn)口 E和出口 S之間包括:還原劑注入裝置14、SCR催化劑16以及設(shè)置在所述催化劑下游的NOx探測(cè)器18的形式的氣體檢測(cè)器。[0038]當(dāng)然，在例如燃料后注入的情況下，所述還原劑也可以來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，而不背離本發(fā)明的范圍。
[0039]在還原劑并非來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的情況下，所述注入裝置包括與注入回路22相連的注射器20，所述注入回路22包含進(jìn)行注入所需的全部元件(罐、泵等)。所述注射器設(shè)置在SCR催化劑上游的廢氣管線(xiàn)部分，設(shè)置的方式使得它的噴嘴在廢氣管線(xiàn)內(nèi)打開(kāi)，用于向所述催化劑噴射還原劑。
[0040]優(yōu)選地，還原劑是氨或者通過(guò)分解產(chǎn)生氨的物質(zhì)，例如尿素，但是也可以采用任意其他試劑，例如氫化或未氫化的烴類(lèi)。 [0041]所述裝置還包括用于控制注入回路22的處理和控制單元24，其也與探測(cè)器18相連。該控制單元含有SCR催化劑模型的圖表，可以知道要注入的還原劑的量，從而在催化劑中獲得合適的NOx處理，以及催化劑出口處的氨含量的整體唯象模型。
[0042]因此，通過(guò)NOx探測(cè)器，所述單元24 了解任意時(shí)刻離開(kāi)催化劑的NOx的量，因而它可以調(diào)節(jié)要遞送到廢氣管線(xiàn)中的還原劑的量，從而獲得所需的效率。
[0043]當(dāng)然，該單元還與各種其他檢測(cè)器，例如廢氣溫度檢測(cè)器(未示出)相連，并接收內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的信息，從而可以控制注入回路22。
[0044]在附圖所示裝置的測(cè)試活動(dòng)期間， 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)NOx探測(cè)器對(duì)于含氮化合物是靈敏的，特別對(duì)于異氰酸(HNCO)和氰化氫(HCN)是靈敏的。
[0045]因此， 申請(qǐng)人:建立了一種鑒別這些含氮化合物并為用戶(hù)啟動(dòng)信息或警報(bào)程序的方法。
[0046]對(duì)于常規(guī)氨SCR處理控制系統(tǒng)，已知NOx探測(cè)器通過(guò)對(duì)比該探測(cè)器傳送的信號(hào)與SCR催化劑下游的NOx的預(yù)期量，來(lái)鑒定NOx排放差異。該預(yù)期量可以特別地通過(guò)單元24中儲(chǔ)存的唯象模型進(jìn)行估算。
[0047]普遍承認(rèn)的是，NOx探測(cè)器設(shè)計(jì)用于測(cè)量NOx值。
[0048]但是，它會(huì)受到化合物Pi的總和的擾動(dòng)，根據(jù)系數(shù)ki;對(duì)探測(cè)器的所有擾動(dòng)符合下式:
[0049]

NOxkwi 器=NOx 真實(shí)+[ Ic1P1


i
[0050]在會(huì)擾動(dòng)探測(cè)器的化合物中，最熟知的是氨(NH3)。擾動(dòng)能力被 申請(qǐng)人:觀察到的其他化合物是HNCO (異氰酸)和HCN (氰化氫)。
[0051]從文獻(xiàn)已知，與氨相關(guān)的擾動(dòng)所對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)系數(shù)k小于I。
[0052]這樣一來(lái)，對(duì)于實(shí)際情況，例如在車(chē)輛中，我們可以知道:
[0053]-Noxswb:通過(guò)探測(cè)器22測(cè)量或估算的NOx的量，
[0054]-Ν0Χ?$:通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或者無(wú)擾動(dòng)探測(cè)器或者實(shí)驗(yàn)室類(lèi)型的“柜”測(cè)量中的整體模型，由SCR催化劑模型所建立的催化劑16出口處的NOx的有效量，
[0055]通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或者無(wú)擾動(dòng)探測(cè)器或者實(shí)驗(yàn)室類(lèi)型的“柜”測(cè)量中的整體模型的氨含量。
[0056]如此一來(lái)，可以根據(jù)下式計(jì)算系數(shù)k:
[0057]NOx探測(cè)器=NOx真實(shí)十kNH3真實(shí)。1 NOx^,;-1n jm _ NOx ?...；.[0058]因此，k=^^^。
腿讀.實(shí)
[0059]如果k〈l，則可以認(rèn)為存在由于氨所導(dǎo)致的擾動(dòng)。
[0060]如果k>l，則單獨(dú)的氨無(wú)法解釋探測(cè)器的擾動(dòng)，因此承認(rèn)在廢氣中存在含氮化合物的擾動(dòng)。
[0061]因此，
[0062].在用氨(或者可以分解成氨的物質(zhì))進(jìn)行SCR處理的情況下，在催化劑出口處存在不可忽略量的異氰酸(HNCO)，
[0063].在用烴類(lèi)，特別是乙醇進(jìn)行SCR處理的情況下，存在不可忽略量的氰化氫(HCN)。
[0064]在這兩種情況下，這些污染排放物可以表示催化劑的NOx處理期間或者遞送還原劑之后的明顯故障。
[0065]因此，處理單元啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)警報(bào)程序以通知用戶(hù)在廢氣中存在不合乎希望的含氮化合物，這表明去污染功能的故障。
[0066]例如，所述單元向機(jī)載計(jì)算機(jī)(0BD-機(jī)載診斷)輸送信號(hào)以報(bào)道該異常情況，這會(huì)產(chǎn)生警報(bào)指示燈的致動(dòng)或者要求專(zhuān)家的介入干涉。
[0067]因此，應(yīng)注意的是，考慮異氰酸(HNCO)和氰化氫(HCN)對(duì)探測(cè)器的擾動(dòng)，對(duì)于診斷采用SCR的NOx的處理功能是有用的。
[0068]當(dāng)然，上述方法還可用于除了來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的廢氣之外的其他類(lèi)型的廢氣。
[0069]還可特別地用于來(lái)自其他燃燒，例如來(lái)自渦輪或者爐，并在包含SCRlO的NOx處理裝置的排氣煙囪中循環(huán)的煙氣。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)經(jīng)過(guò)選擇性催化還原處理的廢氣中排放的含氮化合物進(jìn)行檢測(cè)的方法，通過(guò)將還原劑注入氣體并將所述氣體通過(guò)催化劑(16)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述選擇性催化還原處理，其特征在于，該方法包括以下步驟: 一向處理單元(24)輸送設(shè)置在催化劑下游的廢氣中的氣體檢測(cè)器(18)收集到的信號(hào)，該信號(hào)代表了催化劑出口處的NOx的量(NOxs3k), 一將該信號(hào)通過(guò)SCR催化劑模型分解成代表催化劑出口處(16)的NOx有效量的值(NOx^),通過(guò)整體模型分解成檢測(cè)器擾動(dòng)系數(shù)(k)和代表氨的量的值(NH3，得到NOx探測(cè)器=NOx賴(lài)+kNH3真實(shí)， 一從所述分解評(píng)估系數(shù)(k)， 一當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I時(shí)，確定催化劑(16)的下游存在含氮化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括引入氨或者分解成氨的物質(zhì)作為還原劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括引入尿素作為還原劑。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I時(shí)，并且當(dāng)還原劑是氨或者分解成氨的物質(zhì)時(shí)，檢測(cè)出催化劑(16)下游的廢氣中存在異氰酸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括引入烴類(lèi)作為還原劑。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括引入氧化的烴類(lèi)作為還原劑。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述方法包括引入乙醇作為還原劑。
8.如權(quán)利要求1和5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括當(dāng)系數(shù)(k)大于或等于I并且還原劑是烴類(lèi)時(shí)，檢測(cè)出存在異氰酸。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括在檢測(cè)出此類(lèi)含氮化合物之后，通過(guò)單元(24)啟動(dòng)警報(bào)程序。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法用于在發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是內(nèi)燃機(jī)的廢氣管線(xiàn)中循環(huán)的廢氣的用途。
11.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法用于由燃燒，特別是渦輪或爐中燃燒所得的煙氣的用途。
【文檔編號(hào)】F01N11/00GK103541797SQ201310296218
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】A·弗洛伯特 申請(qǐng)人:Ifp新能源公司