[发明专利]用于氮氧化物的选择性催化还原的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于管理来自柴油发动机或其它稀燃发动机的排出气流中的氮氧化物（大部分为NO和NO₂ ，总称为NO_X）的选择性催化还原的方法。更具体地，本发明涉及控制将适当的氧化烃类-例如乙醇添加到预备的排出气体中的方法，以便当排出气体流动从而与非贵金属、选择性还原催化剂接触时将排出气流中的NO_X予以还原。

背景技术

柴油发动机、某些汽油燃料发动机以及许多烃类燃料动力设备在高于化学计量的空气-燃料质量比的情况下运转以便得到改进的燃料经济性。然而，这种稀燃发动机以及其他动力源产生具有相对较高含量的氧、水和氮氧化物（NO_X）的热排放气。就柴油发动机来说，来自预热的发动机的排出气流的温度通常在大约200℃至400℃的范围内，该温度取决于发动机的燃料消耗（负载）的当前比率。排出气体具有代表性、示例性的成分，按体积大约为氧10%、二氧化碳6%，一氧化碳（CO）0.1%、烃类（HC）180ppm、NO_x235ppm，剩余部分基本上是氮气和水。排出气体经常含有一些非常小的富碳颗粒。而且就烃类燃料含有硫的情况来说，来自燃烧源的排出气体还可能含有二氧化硫。期望处理这种排出气体的成分以使除氮、二氧化碳和水之外的任何排放到大气的物质最少化。

NO_X气体通常包括带有少量一氧化二氮（N₂O）的氧化氮（NO)和二氧化氮（NO₂）的不同混合物，该NO_X气体难于还原为氮（N₂)，这是因为热排出气流有相对高的氧（O₂）含量（以及水含量）。三元催化系统成功地使用于以大约化学计量空燃比运转的发动机，然而并没有效地在这种富氧排出气体中将NO_X还原至可接受的水平。

稀薄NO_X捕集器可有效地从排出气流中去除NO_X ，但是所述捕集器需要昂贵的贵金属且它们的长期耐用性不确定。人们已经考虑选择性催化还原方法，其中稀燃排出气体已经被氧化从而完成未燃烧的烃类向二氧化碳和水的氧化、一氧化碳向二氧化碳的氧化以及某些氧化氮（NO）向二氧化氮（NO₂）的氧化。将还原剂材料-例如NH₃或NH₃前体（尿素的水溶液）喷射到氧化的排出气流，而所述排出气流穿过适当的催化剂以将大量的NO_X还原为氮气和水。这种实践被称为NO_X的“选择性催化还原”（SCR)，因为在不影响排出气流中的其他氧化物的情况下实现了该步骤。但是尿素SCR和氨SCR必须是车上存储的附加还原剂材料，并且当以尿素作为还原剂时，必须避免尿素的水溶液在寒冷的天气时冻结。

使用具有更低成本的、更便利的方法实现来自稀燃发动机的排出气流的NO_X还原将是有用的。

发明内容

本发明提供了一种用于管理乙醇或其他适当的低分子量氧化烃类（OHC）-例如此类醇中的甲醇、丙醇、丁醇或醛的使用和添加的方法，乙醇或所述其他适当的低分子量氧化的烃类（OHC）作为OHC-SCR过程中的氧化烃类还原剂并且被用作含氧且含水稀燃排出气体中的NO_X的催化还原反应器。根据某些条件和排出气流的特性以及下面在本说明书中标识的还原催化剂的特性，持续监测和调节添加到排出气流的氧化烃类的量。持续管理OHC添加的一个目标是避免对用于OHC-SCR反应器下游的氨的排出气体的随后处理的需求。大量使用氧化烃类的进一步的目标是使车辆发动机及其排气系统的总燃料消耗量最小化。

大多数现有车辆发动机使用烃类燃料与空气的燃烧作为它们的功率源。所述发动机包括多个气缸，每个气缸都具有连接至用于车辆的推进的动力系系统和曲轴的往复式活塞。本发明提供用以将空气和燃料计算机控制地、顺序地、定时地置入到每个气缸的方法。随着活塞在它们对应的气缸中往复运动，受控的空气与燃料混合物顺序地进入对应的气缸，其中可燃烧的混合物被压缩和点燃。在动力冲程中每个气缸中的燃烧驱动活塞，接着是排气冲程-在该排气冲程中燃烧副产物从气缸排入到排气歧管中，然后排入到车辆的排出气体导管中。这种稀燃发动机的持续运转在上面所示的本说明书的背景技术部分中的成分和温度范围内产生稳定的排出气流。例如，所述燃料可以是柴油、汽油、天然气、液化石油气（大部分是丙烷）、二甲醚、乙醇、乙醇和汽油的混合物或类似燃料。氢也可以被用作燃料。