專(zhuān)利名稱(chēng)：：陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)的再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)，如柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的再生，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及陶瓷蜂窩體的再生方法，該方法包括對(duì)微粒物質(zhì)，如柴油機(jī)微粒過(guò)濾器中的炭煙炱進(jìn)行處理。
背景技術(shù)：
：為了努力減少大氣污染，許多國(guó)家對(duì)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排放到大氣中的廢氣的組成制定了越來(lái)越嚴(yán)格的限制。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的主要有害物質(zhì)除了少量的烴類(lèi)和一氧化碳以外，還包括氮的氧化物(N0x)和微粒物質(zhì)。迄今為止，人們提出了許多的方法，試圖減少或盡可能減少排放到環(huán)境中的廢氣中所含的微粒物質(zhì)的量。一種這樣的獲得廣泛應(yīng)用的方法是在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的廢氣排放系統(tǒng)中設(shè)置柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器或者煙炱收集器。一般來(lái)說(shuō)，微粒過(guò)濾器由交替堵塞的具有多孔壁的平行通道組成。具體來(lái)說(shuō)，這些過(guò)濾器通常包括蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的橫截面蜂窩密度約等于或大于1/10至100個(gè)孔/平方厘米，其具有若干用途，包括固體微粒過(guò)濾器主體和固定熱交換器。這些應(yīng)用需要通過(guò)歧管等方式在蜂窩體結(jié)構(gòu)相應(yīng)的一端或兩端將蜂窩體結(jié)構(gòu)選定的孔密封或堵塞。用增塑的粉末配料制造各種蜂窩體結(jié)構(gòu)的方法是眾所周知的，所述配料包括分散在合適的粘合劑中的無(wú)機(jī)粉末。美國(guó)專(zhuān)利第3，790，654;3，885，977;和3，905，743號(hào)描述了用于該制造的擠出模頭、工藝和組合物，而美國(guó)專(zhuān)利第4，992，233和5，011，529號(hào)描述了用混合有金屬粉末的配料擠出的具有類(lèi)似的多孔結(jié)構(gòu)的蜂窩體。例如，圖1顯示了一種眾所周知的固體微粒過(guò)濾體10。所述過(guò)濾體10包括蜂窩體結(jié)構(gòu)12，該蜂窩體結(jié)構(gòu)12由被外壁15包圍的相交的多孔薄壁14的基體組成，示例中顯示了具有圓形橫截面的結(jié)構(gòu)。壁14橫向延伸，并在包括第一端面18的第一端13和包括相反的第二端面20的第二端17之間延伸，形成大量相鄰的中空通道或孔道22，所述通道或孔道22也在過(guò)濾體10的端面18、20之間延伸，并且是開(kāi)放的。為了形成過(guò)濾器10(圖2和圖3)，每條孔道22在一端被密封，第一亞組24的孔22在第一端面18處密封，第二亞組26的孔在第二端面20處密封。所述端面18、20中的任一面可用作制得的過(guò)濾器10的入口面。在常規(guī)的孔結(jié)構(gòu)中，每條進(jìn)入孔通道在一側(cè)或多側(cè)與排出孔通道相鄰，反之亦然。每條孔通道22可以具有正方形的橫截面，或者可以具有其它的孔幾何形狀，例如圓形、矩形、三角形、六邊形等。柴油機(jī)微粒過(guò)濾器可以用陶瓷材料制成，例如用堇青石、鈦酸鋁、富鋁紅柱石或碳化硅制成。在操作中，污染的流體在加壓條件下引入入口面(端面18，20中的任一面)，通過(guò)在給定入口面具有開(kāi)放端的孔通道22進(jìn)入過(guò)濾器10。因?yàn)檫@些孔通道22在相反的端面(即過(guò)濾體的出口面)是密封的，因此迫使污染的流體通過(guò)多孔薄壁14，進(jìn)入相鄰的在入口面處密封而在出口面處開(kāi)放的孔通道22。流體中的那些過(guò)大而無(wú)法通過(guò)壁14中的多孔開(kāi)孔的固體微粒污染物被截留，清潔后的流體從排出孔通道22離開(kāi)過(guò)濾器10。必須不時(shí)地將被所述微粒過(guò)濾器收集的微粒物質(zhì)除去，以便保持過(guò)濾器的性能，4由此保持相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，以及幫助防止收集在微粒收集器中的微粒物質(zhì)發(fā)生自點(diǎn)火(self-priming)和不受控制的燃燒的時(shí)候，微粒過(guò)濾器受到破壞。例如，當(dāng)大量微粒物質(zhì)在微粒過(guò)濾器內(nèi)累積的時(shí)候，特定的驅(qū)動(dòng)條件可能會(huì)引起"臨界"再生，這包括收集的微粒物質(zhì)發(fā)生突然而不受控制的燃燒。因此會(huì)在微粒過(guò)濾器的通道基體內(nèi)產(chǎn)生高溫，使過(guò)濾器損壞。因此通過(guò)進(jìn)行再生操作，定期地除去收集器內(nèi)累積的微粒物質(zhì)是有益的。如上所述，再生是壁流式DPF技術(shù)的一個(gè)必要操作，通過(guò)消除高背壓來(lái)避免發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)操作的時(shí)候具有高燃料效率，同時(shí)保持高效的過(guò)濾性能。再生通常包括使過(guò)濾器中累積的微粒物質(zhì)燃燒的方式。該操作通常包括使主要由碳組成的微粒物質(zhì)或炭煙炱在與廢氣中包含的氧氣接觸的情況下發(fā)生燃燒。但是，該特定反應(yīng)必須僅在約高于600°C的溫度下發(fā)生，該溫度顯著高于在正常運(yùn)作的發(fā)動(dòng)機(jī)中微粒過(guò)濾器進(jìn)氣處測(cè)得的溫度。因此，人們需要通過(guò)使相關(guān)的微粒物質(zhì)燃燒，建立會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾器再生的條件。人們提出和/或采用了許多的方法，以便在微粒過(guò)濾器的進(jìn)氣處升高廢氣的溫度，以引起其再生過(guò)程。人們通常采用兩種再生方法，包括被動(dòng)再生和主動(dòng)再生。被動(dòng)再生在以下情況下發(fā)生此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高于250°C的過(guò)濾器入口溫度以及足量的N0，造成炭煙炱被N02氧化。需要使用催化劑將冊(cè)轉(zhuǎn)化為冊(cè)2，以維持被動(dòng)再生。通常，被動(dòng)再生的溫度范圍限定在40(TC至450°C，因?yàn)镹02的作用會(huì)受到熱力學(xué)平衡的限制。主動(dòng)再生是一種強(qiáng)迫性的再生，該再生使得過(guò)濾器入口溫度升高到高于500°C，從而使得大部分炭煙炱被廢氣中包含的氧氣燒掉。許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃料和位于微粒過(guò)濾器上游的柴油機(jī)氧化催化劑達(dá)到熱至650°C的溫度。所述柴油機(jī)氧化催化劑是一種整體式基材，其中沒(méi)有任何堵塞物，使用HC和02產(chǎn)生熱量。還有其它的發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃燒器系統(tǒng)產(chǎn)生熱量，用于主動(dòng)再生。過(guò)濾器通常用氧化催化劑催化，以改進(jìn)其再生性能，即達(dá)到較低的再生溫度，以及減少炭煙炱氧化形成的排放物的量。當(dāng)廢氣中包含必需量的煙炱和氧氣的時(shí)候，在高能溫度下會(huì)發(fā)生煙炱的氧化。用氧氣進(jìn)行再生需要溫度高于500-550°C，以增加大部分的煙炱氧化。但是，當(dāng)溫度達(dá)到550-65(TC的時(shí)候，發(fā)生煙炱不受控制的氧化的風(fēng)險(xiǎn)增大，由此會(huì)導(dǎo)致快速釋放熱量，并因此導(dǎo)致高放熱現(xiàn)象。通常煙炱過(guò)載的過(guò)濾器會(huì)獲得產(chǎn)生不受控制的再生的條件，或者再生條件有式動(dòng)力學(xué)加快的風(fēng)險(xiǎn)，即高起始溫度，氣體組成利于氧化，通過(guò)吸收、對(duì)流或者傳導(dǎo)進(jìn)行的除去熱量的程度不足。不受控制的再生有通過(guò)熔化和開(kāi)裂使過(guò)濾器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)明概述—種使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器至少部分再生的方法，其中所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器包括入口、出口、以及多孔主體，所述多孔主體包括設(shè)置在入口和出口之間的大量多孔壁，氣流流入所述入口，通過(guò)所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器，從入口流出，所述多孔壁包括一定量的收集在多孔壁之內(nèi)或之上的炭煙炱，所述方法包括在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處將流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的氣流的溫度升高到高于或等于450°C，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口的氣流包含較高量的NOx，以及等于或大于5體積％的02，從而使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器內(nèi)的煙炱燃燒。較佳的是，微粒過(guò)濾器入口處的氣流的溫度高于或等于450°C，更優(yōu)選為450°C至600°C，更加優(yōu)選約為45(TC至575t:，最優(yōu)選約為45(TC至55(TC，而N0x的含量?jī)?yōu)選大于或等于300卯m，更優(yōu)選大于或等于500卯m，最優(yōu)選大于或等于750卯m。5本發(fā)明方法的另一個(gè)方面包括在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處將流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口的氣流的溫度升高到低于或等于550°C，柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包含等于或大于5體積％的02，來(lái)自多孔壁的煙炱的燃燒速度優(yōu)選大于或等于3.8克/升/小時(shí)，更優(yōu)選大于4.2克/升/小時(shí)，最優(yōu)選大于或等于4.6克/升/小時(shí)。本發(fā)明的用來(lái)使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器再生的方法以安全而節(jié)約時(shí)間的方式減少了包含在柴油機(jī)過(guò)濾器之內(nèi)或之上的微粒物質(zhì)的量。具體來(lái)說(shuō)，可以采用低于引起不受控制的再生通常所需的溫度的溫度范圍，使相關(guān)的微粒過(guò)濾器至少部分再生，從而將收集在微粒過(guò)濾器中的微粒物質(zhì)的量減少到一定的水平，在此水平之下，可以采用較高溫度的再生方法，從而使過(guò)濾器完全再生。另外，對(duì)于主動(dòng)再生，加載煙炱的時(shí)間間隔可以延長(zhǎng)，從而使得再生操作之間的時(shí)間間隔更長(zhǎng)，燃料經(jīng)濟(jì)性更好。本發(fā)明的再生方法改進(jìn)了過(guò)濾器總體操縱對(duì)策，提供了更安全的再生條件，能夠更高效地利用能量，改進(jìn)了以安全的方式在過(guò)濾器中控制更大量的煙炱加載的靈活性。當(dāng)將微粒物質(zhì)從過(guò)濾器中除去的時(shí)候，過(guò)濾器就得到再生。在本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式中，優(yōu)選以蜂窩結(jié)構(gòu)提供所述大量多孔壁。同樣地，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器由多孔陶瓷材料(例如堇青石)組成，優(yōu)選由以蜂窩體結(jié)構(gòu)提供的大量多孔壁形成。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是已知的蜂窩體的透視圖，該蜂窩體包括大量端部開(kāi)放的沿縱向延伸的通道；圖2是一種已知的柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的透視圖，該過(guò)濾器包括大量交替堵塞的沿縱向延伸的通道，可以通過(guò)本發(fā)明的方法進(jìn)行再生；圖3是圖2的已知的柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的端面視圖；圖4是可以用來(lái)進(jìn)行本發(fā)明的方法的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖5用圖的形式示意地顯示了基于三種不同的柴油機(jī)微粒過(guò)濾器進(jìn)口溫度對(duì)各種單段和多段再生方法的煙炱加載量的影響，用相對(duì)壓降隨再生時(shí)間的變化關(guān)系表示；圖6A和6B是采用較高和較低N0x含量的情況下測(cè)試結(jié)果的曲線圖；圖7A和7B是兩種再生方法的熱分布曲線圖，所述兩種再生方法分別包括在較高和較低NOx含量下進(jìn)行的再生；圖8圖示了在較高和較低的NOx含量條件下進(jìn)行再生的過(guò)程中，流過(guò)微粒過(guò)濾器的氣流的流動(dòng)相對(duì)阻力；圖9是時(shí)間與氧氣濃度和與相對(duì)流動(dòng)阻力(resistance)的曲線圖，顯示了廢氣流中氧氣含量變化的益處；圖10是廢氣流的入口溫度與再生效率的關(guān)系圖；圖11是對(duì)于分段的再生工藝，再生時(shí)間與廢氣流入口溫度以及與相對(duì)阻力和氧氣濃度的關(guān)系圖；圖12圖示了本發(fā)明揭示的一個(gè)實(shí)施方式的SCR除NOx效率；圖13圖示了本發(fā)明揭示的一個(gè)實(shí)施方式的SCR氨轉(zhuǎn)化率。發(fā)明詳述應(yīng)理解本發(fā)明可以設(shè)想各種可選擇的取向和步驟順序，除非有相反的清楚的規(guī)6定。還應(yīng)理解，在附圖中示出并在以下說(shuō)明書(shū)中描述的具體裝置和方法是對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)中定義的本發(fā)明的原理的示例性實(shí)施方式。因此，不應(yīng)認(rèn)為與本文揭示的實(shí)施方式相關(guān)的具體尺寸和其他物理特性是限制性的，除非權(quán)利要求中另有清楚的表示。圖4顯示了可以采用本發(fā)明方法的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)30的示意圖。所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)30包括壓縮機(jī)31，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)32，渦輪34和柴油機(jī)微粒過(guò)濾器36?；蛘撸霾裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)30還可以包括氧化催化轉(zhuǎn)化器或者柴油機(jī)氧化催化劑38。所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)30還可以包括除N0x裝置46，如選擇性催化還原("SCR")裝置，其在催化劑的存在下將氨或脲之類(lèi)的流體還原劑注入廢氣流中，以便通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將NOx轉(zhuǎn)化為H20和N2，從而從氣流中除去NOx。在操作中，引入空氣"A"并通過(guò)壓縮機(jī)31對(duì)其壓縮，從而通過(guò)進(jìn)氣歧管40將壓縮空氣送入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)32。通過(guò)多個(gè)燃料噴射器42將燃料"B"注入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)32，用空氣進(jìn)行燃燒。在汽缸中產(chǎn)生的廢氣通過(guò)排氣歧管44從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)32排出，一部分廢氣流入渦輪34中，又循環(huán)返回壓縮機(jī)31。然后廢氣"C"流入廢氣后處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括柴油機(jī)微粒過(guò)濾器36，優(yōu)選是氧化物過(guò)濾器，任選還包括氧化催化轉(zhuǎn)化器38，優(yōu)選還包括除NOx裝置46。本發(fā)明的再生方法包括在微粒過(guò)濾器入口處將廢氣流的溫度升高到優(yōu)選等于或高于45(TC，更優(yōu)選等于或高于約50(TC，更加優(yōu)選45(rC至60(rC，再更加優(yōu)選45(rC至575°C，最優(yōu)選45(TC至550°C，所述廢氣流中的NOx含量?jī)?yōu)選等于或大于300卯m，更優(yōu)選大于或等于500卯m，最優(yōu)選大于或等于750卯m，02含量?jī)?yōu)選大于或等于5體積％，更優(yōu)選大于或等于7體積％。該方法還可以通過(guò)分段再生法進(jìn)行，微粒過(guò)濾器入口處的廢氣流溫度優(yōu)選在45(TC至55(TC保持15分鐘，然后在微粒過(guò)濾器入口處使廢氣流的溫度升高到高于或等于550°C，在第二階段過(guò)程中，微粒過(guò)濾器入口處的NOx的含量小于或等于300卯m。另外，當(dāng)所述方法用于氧化物微粒過(guò)濾器的再生的時(shí)候，微粒過(guò)濾器的未涂覆體積密度小于或等于700克/升，更優(yōu)選小于或等于600克/升。在一些實(shí)施方式中，所述方法優(yōu)選包括將來(lái)自微粒過(guò)濾器的多孔壁的煙炱的燃燒速率保持在優(yōu)選高于或等于3.8克/升/小時(shí)，更優(yōu)選高于或等于4.2克/升/小時(shí)，最優(yōu)選高于或等于4.6克/升/小時(shí)，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處廢氣流中的NOx的含量?jī)?yōu)選等于或大于300卯m，更優(yōu)選大于或等于500卯m，最優(yōu)選大于或等于750卯m。另外，該方法還可以通過(guò)分段再生法進(jìn)行，其中收集在微粒過(guò)濾器的多孔壁之內(nèi)或之上的煙炱的燃燒速率優(yōu)選小于或等于6克/升/小時(shí)，更優(yōu)選小于或等于4克/升/小時(shí)，最優(yōu)選小于或等于3克/升/小時(shí)，第一時(shí)段小于或等于15分鐘，然后在微粒過(guò)濾器入口處將廢氣的溫度升高到等于或高于550°C。圖5用圖的形式示意地顯示了代表性的過(guò)濾器在代表性的條件下，三種不同的柴油機(jī)微粒過(guò)濾器進(jìn)口溫度對(duì)各種單段和多段再生方法的煙炱加載量的影響的典型結(jié)果，用相對(duì)壓降隨再生時(shí)間的變化表示。0%的相對(duì)壓降對(duì)應(yīng)于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器中不含煙炱，100%表示高煙炱加載量。虛線50，53和55對(duì)應(yīng)于分別在溫度Tl，T2和T3進(jìn)行的單段再生，其中Tl<T2<T3，例如為45(TC，550。C和600°C。再生10分鐘之后，T1溫度下的煙炱含量(相對(duì)壓降)最高，T2次之，T3最低。虛線52和54對(duì)應(yīng)于以下雙段再生(a)在Tl進(jìn)行5分鐘，然后(b)在T2進(jìn)行5分鐘，以及(a)在T2進(jìn)行7分鐘，然后(b)在T3進(jìn)行3分鐘。線53和54顯示了在270秒附近的拐點(diǎn)，線55顯示了在320秒附近的拐點(diǎn)，這是由<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>于過(guò)濾器內(nèi)燒去的煙炱的差異造成的。如線52和54所示，對(duì)于這樣的混合雙段再生循環(huán)，在10分鐘的再生循環(huán)結(jié)束時(shí)，過(guò)濾器中可以達(dá)到低得多的煙炱含量。另外，通過(guò)在第一階段中采用較低的再生溫度并燒掉一些煙炱，然后在雙段循環(huán)中的第二階段中調(diào)整至較高的再生溫度，使得過(guò)濾器中的操作更為安全，因?yàn)閮H有較少量的煙炱受到較高溫度處理，從而降低了煙炱以不受控制的或者不希望的速度燒掉的可能性。因此，通過(guò)在升高的溫度下主動(dòng)采用高NOx廢氣濃度改進(jìn)了總體再生效率，并通過(guò)在低于通常與不受控的再生相關(guān)的溫度的溫度下減少收集在微粒過(guò)濾器之上和之內(nèi)的煙炱，降低了不受控制的再生的風(fēng)險(xiǎn)。表1列出了一些N0x再生和再生效率的煙炱加載和條件，具體顯示了N0x對(duì)主動(dòng)控制的再生的影響以及對(duì)煙炱加載的影響。表1列出的通過(guò)用加載煙炱的過(guò)濾器和至少部分再生的過(guò)濾器的重量差除以完全未加載的過(guò)濾器重量計(jì)算的煙炱加載和再生效率，是通過(guò)在再生操作之前和之后，在秤上對(duì)過(guò)濾器稱(chēng)重而測(cè)得的。表l總再生時(shí)間(分)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>再生前的煙良加載(克/升)再生效率(%)在550'C保持的時(shí)間(分)在600'C保持的時(shí)間(分)進(jìn)入DPF的NOx(ppm).圖6A顯示了在較低NOx含量，例如450ppm的條件下進(jìn)行的受控再生，圖6B顯示了在較高NOx含量，例如1450卯m的條件下進(jìn)行的受控再生。在圖6A和6B中，顯示了以下測(cè)量值質(zhì)量流速60，流入過(guò)濾器的氧氣量62，流出過(guò)濾器的氧氣量64，過(guò)濾器中的壓降66，以及過(guò)濾器中的相對(duì)阻力68。將圖6A中顯示的在較低NOx含量，例如450ppm的條件下進(jìn)行的受控再生與圖6B中顯示的在較高的NOx含量，例如1450ppm條件下進(jìn)行的受控再生相比較，說(shuō)明在較高的NOx含量條件下，通過(guò)微粒過(guò)濾器的廢氣流的流動(dòng)相對(duì)阻力減小較多，因此過(guò)濾器中煙炱加載減小較多，這是因?yàn)檫^(guò)濾器中流動(dòng)的相對(duì)阻力會(huì)根據(jù)煙炱加載而變化。圖6A和6B還通過(guò)比較顯示了獲得較高的NOx條件以及改進(jìn)的再生的發(fā)動(dòng)機(jī)條件是類(lèi)似的，不同之處只是廢氣流中的NOx含量。圖7A和圖7B中分別顯示了較低NOx含量，例如380ppm的條件下以及較高NOx含量，例如1350卯m條件下的熱分布曲線，圖7A和7B關(guān)鍵顯示了微粒過(guò)濾器中監(jiān)控溫度水平的位置，其中過(guò)濾器的入口位于左邊，出口位于右邊。在較低和較高NOx含量條件下進(jìn)行操生生生生生生生生生生生生生3'p3'3'3'3'tt4'3'3'再再再再段段控控控控控控控控控控段分分受受受受受受受JS受分作的微粒過(guò)濾器的熱分布曲線的形狀大體類(lèi)似，但是可以在較低的溫度下達(dá)到改進(jìn)的再生效率，從而結(jié)果減小過(guò)濾器上的熱應(yīng)力。圖8顯示了過(guò)濾器再生過(guò)程中流過(guò)微粒過(guò)濾器的廢氣流的流動(dòng)相對(duì)阻力，該流動(dòng)相對(duì)阻力表示了過(guò)濾器中的煙炱加載。在各種測(cè)試中，在微粒過(guò)濾器的入口處，氣流溫度為550°C，氣流中的02濃度為8%，廢氣流的流速為250千克/小時(shí)，起始煙炱加載為4.5克/升。圖8用實(shí)心符號(hào)表示的380ppm的較低N0x入口濃度，用空心符號(hào)表示1350卯m的較高NOx入口濃度。三角形、圓形和正方形的符號(hào)分別表示5分鐘，10分鐘和15分鐘的再生操作。位于顯著高于其它相關(guān)點(diǎn)處的符號(hào)表示進(jìn)行再生之后的時(shí)段，在此時(shí)段過(guò)程中使過(guò)濾器穩(wěn)定和進(jìn)行處理，以用于測(cè)量。圖8顯示與較低N0x水平(380卯m)的條件相比，較高的NOx含量(1380卯m)的相對(duì)阻力表明直至再生結(jié)束再生較快，并且最終煙炱加載較低。在較低NOx含量條件下，再生5分鐘、10分鐘和15分鐘之后的再生效率分別為26%，46%和65%。在較高NOx含量條件下，再生5分鐘、10分鐘和15分鐘之后的再生效率分別為49%，76%禾卩89%。圖9顯示了在以較高濃度供應(yīng)NOx的條件下，在再生過(guò)程中較高的氧氣濃度的益處。具體來(lái)說(shuō)，圖9顯示了02含量的差異，較高的02含量可以得到較高的再生效率，此二種實(shí)驗(yàn)都在類(lèi)似的NOx條件下進(jìn)行。各種測(cè)試在較高(約8%)02濃度(OH)和較低(約6-7%)02濃度(OL)下進(jìn)行，所有測(cè)試的入口NOx濃度均為1350卯m。對(duì)于低02含量(RL)和高02含量(RH)的情況，在過(guò)濾器再生過(guò)程中，流過(guò)微粒過(guò)濾器的廢氣流的流動(dòng)相對(duì)阻力(其可以表示為煙炱加載)表明，在較高02含量條件下，直至再生結(jié)束再生較快和最終煙炱加載較低。低02含量條件下的再生效率為60%，高02含量條件下的再生效率為76%。這些發(fā)現(xiàn)是使用圓筒形柴油機(jī)微粒過(guò)濾器得到的，該過(guò)濾器直徑為9英寸，長(zhǎng)12英寸，每平方英寸包含200個(gè)孔，由堇青石制成，購(gòu)自美國(guó)紐約康寧的康寧有限公司(CorningIncorporatedofCorning,NewYork)，商品名為DuraTrap⑧C0。在某些情況下，如本文詳細(xì)描述，在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器上涂敷氧化催化劑，例如購(gòu)自美國(guó)賓夕法尼亞州的韋恩市(WaynePennsylvania)的約翰遜_馬太有限公司(JohnsonMattheylncorporated)，商品名為Alpha涂料，所述系統(tǒng)的起始煙炱加載為4.5克/升，在微粒過(guò)濾器入口處的廢氣流流速為250千克/小時(shí)。圖10顯示在超過(guò)被動(dòng)再生工藝期間通常使用的溫度的各種入口溫度下，使用較高(例如1500ppm)N0x含量的情況與使用較低(例如500ppm)N0x含量的情況(分別為線80和82)進(jìn)行再生時(shí)所獲得的顯著的優(yōu)點(diǎn)(以再生效率表示)。具體來(lái)說(shuō)，采用450-55(TC的溫度范圍內(nèi)的各種入口氣流溫度，以大約3t:/秒的速率升溫。每次再生循環(huán)持續(xù)時(shí)間10分鐘，煙炱加載目標(biāo)量為4克/升。結(jié)果，通過(guò)增大N0x含量，可以采用更安全的入口溫度防止柴油機(jī)微粒過(guò)濾器發(fā)生故障，提高了總體煙炱質(zhì)量限制。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法可以采用位于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器下游的去除N0x(例如除N0x)后處理，即對(duì)從柴油機(jī)微粒過(guò)濾器排出的氣流進(jìn)行處理的工藝步驟，用來(lái)控制N0x的排放，例如在需要獲得本文所揭示的再生方式中的優(yōu)點(diǎn)的N0x含量超過(guò)排放規(guī)定的情況下?？梢圆捎孟冗M(jìn)的再生方式來(lái)將N0x排放的影響減至最小，同時(shí)仍然利用在升高的N0x含量條件下達(dá)到的較高的再生性能。圖11中顯示了分段再生方式的一個(gè)實(shí)施方式，所述分段再生方式僅在整個(gè)再生階段的較低溫度(例如55(TC)的部分使用較高的(例如1000卯m)N0x含量。圖11顯示了入口N0x濃度90，DPF入口溫度92，相對(duì)阻力94和氧氣濃度96;在第一階段，從第2-8分鐘，N0x含量為lOOO卯m，DPF入口溫度為55(TC，在第二階段，從第9-13分鐘，NOx含量為200卯m，DPF入口溫度為600°C;第一階段的再生效率約為65-70%，第二階段的再生效率大于約90%。表2列出了涂敷的微粒過(guò)濾器在各種入口溫度以及NOx含量和02含量下獲得的很多煙炱加載和再生效率。表2涂覆的微粒過(guò)濾器的受控再生10分鐘DPF入口溫度DPF入口處的DPF入口處的煙炱加載量再生效率[%:[°C]NOx含量[ppm]02[%][克/'升]450780103.823.6450340104.110.645020074.014.7500350103.820.3500730103.836.350020084.016.255074093.851.855035094.033.155020073.928.260020063.855.160075094.685.260020064.057.660035083.865.3無(wú)涂層500750103.915.550020083.98.255075093.927.155020074.218.5本發(fā)明的用來(lái)使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器再生的方法以安全而節(jié)約時(shí)間的方式減少了包含在柴油機(jī)過(guò)濾器之內(nèi)或之上的微粒物質(zhì)的量。具體來(lái)說(shuō)，可以采用低于通常足以引起不受控制的再生的溫度的溫度范圍，使相關(guān)的微粒過(guò)濾器至少部分再生，從而將收集在微粒過(guò)濾器中的微粒物質(zhì)的量減少到一定的水平，在此水平之下，可以采用較高溫度的再生方法，從而使得過(guò)濾器完全再生。另外，對(duì)于主動(dòng)再生，加載煙炱的時(shí)間間隔可以延長(zhǎng)，從而使得再生操作之間的時(shí)間間隔更長(zhǎng)，燃料經(jīng)濟(jì)性更好。本發(fā)明的再生方法改進(jìn)了過(guò)濾器總體操縱對(duì)策，提供了更安全的再生條件，能夠更高效地利用能量，增加以更安全的方式在過(guò)濾器中控制更大量的煙炱加載的靈活性。圖12圖示了除N0x效率(以％計(jì))與入口處氨濃度除以入口處NOx濃度得到的比例之間的關(guān)系圖，其中在通向SCR裝置的入口處的入口N0x濃度為800卯mN0x，溫度為500，10550和600°C(分別為圖12中的線100，102和104)。所述SCR裝置包括堇青石骨架，孔密度為400個(gè)孔/平方英寸，壁厚度為4密耳，具有190克/升的JohnsonMattheyCu-沸石夾層裝填料(washcoatloading)，在65(TC進(jìn)行5小時(shí)的熱老化。圖12顯示即使在高N0x含量(例如800卯m)和高溫(500-600°C)條件下，根據(jù)本發(fā)明也可以達(dá)到可以接受的高水平的除N0x性能。根據(jù)本發(fā)明所揭示的一些實(shí)施方式，柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流溫度為450-600°C，位于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器下游的氣流通過(guò)選擇性還原進(jìn)行處理，足以從氣流中除去優(yōu)選至少50%，更優(yōu)選至少60%，更加優(yōu)選至少70%，更加優(yōu)選至少75%，還要優(yōu)選至少80%的N0x。圖13圖示了對(duì)于圖12所述的條件和SCR裝置，氨轉(zhuǎn)化率(以％計(jì))與還原劑配料量的關(guān)系圖，其中線110，112和114分別對(duì)應(yīng)于入口溫度500,550和60(TC。圖13顯示即使在較高的還原劑配料量情況下，根據(jù)本發(fā)明也可以達(dá)到可接受的高氨轉(zhuǎn)化率。根據(jù)本發(fā)明所揭示的一些實(shí)施方式，進(jìn)入SCR裝置的氣流的溫度為500-60(TC，優(yōu)選選擇性催化還原的氨轉(zhuǎn)化率大于95%，更優(yōu)選大于97%，更優(yōu)選大于98%。在以上說(shuō)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易理解，可以在不偏離本文所揭示的原理的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改良，這些改良方案也包括在所附權(quán)利要求書(shū)范圍之內(nèi)，除非權(quán)利要求書(shū)另有明確的表示。權(quán)利要求一種使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器至少部分再生的方法，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器包括入口、出口以及多孔主體，所述多孔主體包括設(shè)置在入口和出口之間的大量多孔壁，其中氣流流入所述入口，通過(guò)所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器，從出口流出，所述多孔壁包含一定量的收集在多孔壁之內(nèi)或之上的炭煙炱，所述方法包括在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處，將流入所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口的氣流的溫度升高到等于或高于450℃；在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的氣流包含等于或大于300ppm的NOx，以及等于或大于5體積％的O2，從而使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器內(nèi)的煙炱燃燒。2.如權(quán)利要求1所述的方法溫度為450-600°C。3.如權(quán)利要求1所述的方法溫度為450-575°C。4.如權(quán)利要求3所述的方法溫度為450-550°C。5.如權(quán)利要求1所述的方法含等于或大于500ppm的NOx。6.如權(quán)利要求5所述的方法含等于或大于750ppm的NOx。7.如權(quán)利要求1所述的方法含等于或大于7體積％的02。8.如權(quán)利要求1所述的方法選擇性催化還原進(jìn)行處理。9.如權(quán)利要求1所述的方法度在450-55(TC的溫度下保持等于或小于15分鐘的第一時(shí)段，然后將氣流的溫度升高到等于或高于550°C的溫度保持第二時(shí)段，在第二時(shí)段期間，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的NOx含量等于或小于300ppm。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器是氧化物過(guò)濾器。11.如權(quán)利要求io所述的方法，其特征在于，所述氧化物過(guò)濾器的多孔壁的未涂覆體積密度小于或等于約700克/升。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述氧化物過(guò)濾器的多孔壁的未涂覆體積密度小于或等于約600克/升。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處，所述氣流的溫度等于或高于50(TC，在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的NOx含量等于或大于750ppm。14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的氣流溫度為450-600°C，通過(guò)選擇性催化還原對(duì)柴油機(jī)微粒過(guò)濾器下游的氣流進(jìn)行處理，足以從氣流中除去至少50X的N0x。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述選擇性催化還原在SCR裝置中進(jìn)行，進(jìn)入所述SCR裝置的氣流的溫度為500-600°C。，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的氣流，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的氣流，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處的氣流，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包，其特征在于，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器下游處的氣流通過(guò)，其特征在于，流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口的氣流的溫16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述選擇性催化還原的氨轉(zhuǎn)化率大于95%。17.—種使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器至少部分再生的方法，所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器包括入口、出口以及多孔主體，所述多孔主體包括設(shè)置在入口和出口之間的大量多孔壁，其中氣流流入所述入口，通過(guò)所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器，從出口流出，所述多孔壁包含一定量收集在多孔壁之內(nèi)或之上的炭煙炱，所述方法包括在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處，將流入所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口的氣流的溫度升高到等于或低于550°C;其中所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包含等于或大于5體積％的02，來(lái)自多孔壁的煙炱的燃燒速率等于或大于3.8克/升/小時(shí)。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述燃燒速率大于或等于4.2克/升/小時(shí)。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述燃燒速率大于或等于4.6克/升/小時(shí)。20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包含等于或大于300ppm的N0x。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，N0x的含量大于或等于500ppm。22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，N0x的含量大于或等于750ppm。23.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，保持所述燃燒速率，至少直至收集在多孔壁之內(nèi)或之上的煙炱的量小于或等于6克/升，然后將流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口中的氣流的溫度升高到等于或高于550°C。24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述燃燒速率保持第一時(shí)段，所述第一時(shí)段等于或小于15分鐘。25.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述多孔壁由鈦酸鋁組成。26.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，保持所述燃燒速率，至少直至收集在多孔壁之內(nèi)或之上的煙炱的量等于或小于4克/升。27.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，保持所述燃燒速率，至少直至收集在多孔壁之內(nèi)或之上的煙炱的量等于或小于3克/升。28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述多孔壁由堇青石組成。全文摘要一種使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器再生的方法，該方法包括在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處，將流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的氣流的溫度升高到等于或高于450℃，在所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器入口處的氣流包含等于或大于300ppm的NOx，以及等于或大于5體積％的O2，從而使柴油機(jī)微粒過(guò)濾器內(nèi)的煙炱燃燒。所述方法還包括在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口處，將流入柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的入口的氣流的溫度升高到等于或低于550℃，來(lái)自柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的多孔壁內(nèi)的煙炱的燃燒速率大于或等于3.8克/升/小時(shí)。文檔編號(hào)F02D41/02GK101784762SQ200880104782公開(kāi)日2010年7月21日申請(qǐng)日期2008年7月9日優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日發(fā)明者A·K·海貝爾,J·A·賈米森,P·M·謝林申請(qǐng)人:康寧股份有限公司