DPF regeneration with high sulfur fuel

• Autorzy: Mayer A. , Czerwiński J. , Bonsack P. , Karvonen L.

Warianty tytułu

PL

Regeneracja filtra DPF dla paliw o dużej zawartości siarki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

During the first decade of Diesel particle filter development and deployment in cars, trucks, buses and underground sites, DPF regeneration methods were engineered to be compatible with the then prevalent high sulfur content in the fuel > 2000 ppm. The mainly used methods were burners, electrical heaters, replaceable filters and non-precious metal fuel additives. Low sulfur Diesel fuel became only available from 1996 in Sweden, 1998 in Switzerland, and after 2000 everywhere in Europe. Thus, the deployment of precious metal catalytic converters was feasible both as original equipment and retrofitting of in-use engines. The so-called CRT particle filters using PGM-catalysis for providing NO2 for low temperature regeneration became very successful wherever ULSD was available. However, in many applications, e.g. off-road and in the construction industry, Diesel engines continued to run on high sulfur fuel and in many emerging countries, even on-road Diesel fuel still contains between 1000 and 2000 ppm sulfur. These countries suffer very much from air pollution through increasing Diesel particle emissions and the high impact of black carbon particles on human health as well as on the global warming is worrying. Hence, the necessity for modern particle filters which are compatible with high sulfur content of the fuel. In the context of Chinese megalopolis, this paper reports investigation of a fuel which is typical for China (containing > 1000 ppm sulfur) and compares results with European standard Diesel fuel. The test objects were two modern SiC particle filters, which were regenerated using different iron-based FBC. The combustion attributes of the soot were investigated by TGA and their EC/OC composition was examined. The results indicate that at the given test conditions the fuel sulfur does not significantly change the filters' physical and chemical properties. Neither the filter particle loading process nor the filter regeneration is noticeably different for the high sulfur test fuel compared to the ultra-low sulfur European fuel. Therefore VERT-verified iron-based FBC-type DPF can be used in countries where ULSD is not yet available.

PL

W pierwszym dziesięcioleciu istnienia filtrów cząstek stałych w silnikach o zapłonie samoczynnym samochodów osobowych, ciężarowych i innych pojazdów, regeneracja filtra była realizowana przy uwzględnieniu zawartości siarki w paliwie powyżej 2000 ppm. Główne metody regeneracji polegały na wypalaniu, elektrycznym podgrzewaniu, wymianie filtrów i dodawaniu do paliwa metali nieszlachetnych. Olej napędowy o małej zawartości siarki był dostępny w Szwecji od 1996 roku, w Szwajcarii od 1998 roku, a od roku 2000 w całej Europie. Zastosowanie metali szlachetnych jako katalizatorów było możliwe zarówno przy oryginalnym wyposażeniu, jak i przy filtrze wymiennym dla eksploatowanych silników. Filtry CRT do niskotemperaturowej regeneracji, wykorzystujące NO2 (dostarczany za pomocą katalizatorów PGM) były dobrym rozwiązaniem dla wszystkich zastosowań ULSD. Jednak w wielu zastosowaniach silników o zapłonie samoczynnym, np. pozadrogowych, nadal stosowane jest paliwo o dużej zawartości siarki. Również w wielu krajach rozwijających się do zastosowań drogowych wykorzystywane jest paliwo o zawartości siarki 1000 -2000 ppm. Niepokojące jest, że w krajach tych występuje duże zanieczyszczenie powietrza wynikające ze zwiększenia emisji cząstek stałych z silników o zapłonie samoczynnym, co źle wpływa na zdrowie ludzi oraz zwiększenie efektu cieplarnianego. Wynika stąd konieczność stosowania filtrów cząstek stałych, które będą dobrze działały w sytuacji stosowania paliwa charakteryzującego się dużą zawartością siarki. W artykule zmieszczono wyniki badań dotyczące oleju napędowego wykorzystywanego w Chinach, o zawartości siarki powyżej 1000 ppm i porównano je z wynikami uzyskanymi dla standardowego paliwa stosowanego w Europie. Badania wykonano na dwóch nowoczesnych filtrach cząstek stałych typu SiC, których regeneracja była przeprowadzona przy użyciu różnych FBC bazujących na żelazie. Parametry spalania sadzy badano metodą TGA i określono jej skład EC oraz OC. Uzyskane wyniki wskazują, że w pewnych warunkach zawartość siarki w paliwie nie wpływa na właściwości chemiczne i fizyczne filtrów cząstek stałych. Zauważono, że proces gromadzenia cząstek w filtrze oraz proces regeneracji różnią się w zależności od zawartości siarki w paliwie.

Słowa kluczowe

EN

diesel particulate filter regeneration; high sulfur fuel

PL

regeneracja filtra cząstek stałych; paliwo o dużej zawartości siarki

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 51, nr 1
• Strony: 71--81
• Opis fizyczny: bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Mayer A.

autor

Czerwiński J.

autor

Bonsack P.

autor

Karvonen L.

• Technik Thermische Maschinen (TTM), Switzerland,

Bibliografia

• [1] Diesel Particulate Emission Control, SP-537; SAE International Congress, Detroit, Feb.28.1983.
• [2] Mayer A.: Einfluss des Treibstoffs auf die Grössenverteilung ultrafeiner Partikel bei Dieselmotoren Technische Akademie Esslingen, 2nd Colloquium Fuels, 20./21.1.1999.
• [3] Song J et al.: Fuel Sulfur Effect on Membrane Coated Diesel Particulate Filter; SAE 2002-01-2788.
• [4] Worldwide Fuel Charter, September 2006; www.autoalliance.org
• [5] Euro 5/6 for emissions of light passenger and commercial vehicles: EC-Regulation No. 715/2007.
• [6] Maricq M. et al.: The effects of the catalyst and fuel sulfur on PM-emissions. HEI Annual Conference 2009.
• [7] Allansson R. et al.: The Use of the Continuously Regenerating Trap (CRTTM) to Control Particulate Emissions: Minimizing the Impact of Sulfur Poisoning,, SAE 2002-01-1271.
• [8] Mayer A. et al.: Retention of Fuel Borne Catalyst Particles by Diesel Particle Filter Systems, SAE 2003-01-0287.
• [9] Mayer A. et al.: Particle Filter Properties after 2000 hrs Real World Operation, SAE 2008-01-0332.
• [10] UN-ECE R83 annex 4 Appendix 5
• [11] VERT® Filter List, October 2010, www.vert-certification.eu
• [12] Kasper M.: The number concentration of non-volatile particles; SAE 2004-01-0960.
• [13] Oberdörster G. et al.: Nanotoxicology, an Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles. Environmental Health Perspective, July 2005
• [14] Jaenicke-Rössler K., Leitner G.: TA-MS for high temperature materials. Thermochimica Acta 295 (1997) 133-145 (Elsevier).
• [15] Birch M.E., Cary R.A.: Elemental Carbon-Based Method for Monitoring Occupational Exposures to Particulate Diesel exhaust, Aerosol Science and Tech., 68(3): 1996.
• [16] Grenzwerte am Arbeitsplatz 2007, Suva, Schweizerische Unfallversicherungs-Anstalt, Nr. 1903.d www.suva.ch/waswo
• [17] SN 277206, Testing of Particle Filter Systems for Internal Combustion Engines, www.bafu.admin.ch/partikelfilterliste
• [18] Ken Friis Hansen et al.: DTI, Large-scale project with particulate filters on heavy-duty vehicles in Odense, June 2002, ISBN 87-90661-31-1.
• [19] Bémer D., Depay J.P., Lauzier F.: Emission Diesel performances des filtres à particules pour engins non routiers, INRS Hygiène et sécurité du travail, 1er trimestre 2010.