[发明专利]包括NOx储存催化剂和催化烟灰滤清器的排气系统有效

专利信息
申请号: 201180012610.8 申请日: 2011-03-07
公开(公告)号: CN102791361B 公开(公告)日: 2016-10-26
发明(设计)人: A.F.奇费伊;G.M.布朗 申请(专利权)人: 约翰逊马西有限公司
主分类号: B01D53/94 分类号: B01D53/94;F01N3/08
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 韦欣华;杨思捷
地址: 英国*** 国省代码: 英国;GB
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摘要:
搜索关键词: 包括 nox 储存 催化剂 催化 烟灰 滤清 排气 系统
【说明书】:

本发明涉及用于柴油发动机车辆的排气后处理系统,该系统包括NOx储存催化器(NSC)和跟随在其下游方向的催化烟灰滤清器(CSF)。

柴油发动机以某些优点而闻名,这些优点包括低燃料消耗量、高扭矩、以及低一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)排放。然而,虽然柴油发动机倾向于比汽油发动机产生更少量的管制排放物,但它们也与一些更难处理的排放物联系一起,特别是氮氧化物(NOx,主要是NO和NO2)和颗粒物(PM)。内燃发动机的另一种管制污染物是非燃烧的或未燃烧的(包括部分燃烧的)烃(HC)。

减少发动机排放的方法主要有两种,第一种是发动机设计和管理,第二种是排气后处理。通过研究与开发处理管制排放物的催化方法,排气后处理已经有了很大的发展,并且在与电子发动机管理一起使用时通常能够满足现行排放标准。尽管如此,不断提高的排放规定,结合从环境和全球变暖角度而言要减少燃料消耗和相关的CO2排放的压力,仍不断对发动机和后处理系统的设计提出挑战。

历史上,为车用柴油发动机引入的最早催化后处理是包括沉积在流通式陶瓷或金属蜂窝基材上的铂族金属催化剂(通常为铂)的柴油机氧化催化剂(DOC)。这类DOC能有效地氧化CO和HC,目前被广泛使用。另外,这类DOC可通过同时氧化吸附在碳质颗粒上的(烃的)挥发性有机组分而有效地减少大部分PM。

往往被称作稀燃NOx阱或NOx吸附催化剂(NAC)的串接(in-line)NOx储存催化剂(NSC)的使用目前在稀燃内燃发动机的排气后处理系统中是众所周知的。可能最早的专利公开是Toyota的EP0560991,其记述了怎样通过引入与NOx反应形成硝酸盐的材料(如氧化钡)和NOx转化催化剂(如铂)来构造NOx储存单元。通过调节燃料/空气比(通常称作“拉姆达”或λ)到化学计量比例(λ=1)或浓燃比例(λ<1)来周期性地再生所述NSC。在浓燃偏移(rich excursion)期间,发动机管理提供高浓度的HC,以清除所述NSC中储存的NOx。同时通过与所述催化剂接触将释放的NOx还原成氮气。浓燃清除事件(rich purge event)也可称作NSC再生事件。

PM从柴油机排气中的去除通常由某种形式的滤清器或部分滤清器(partial filter)来实现。在专利文献中已经提出了大量的滤清器设计。目前,现有技术的滤清器是载有PM燃烧催化剂的陶瓷或陶瓷样壁流滤清器,通常称作催化烟灰滤清器(CSF)。人们提出了CSF的许多变体,包括用NOx储存催化剂涂覆滤清器。现有技术的CSF在滤清器前部带有DOC型涂层区而在滤清器后部带有轻负载区(lower-loaded zone)。通常,两个区都是Pt基的。

已经提出了用于柴油机发动机车辆的后处理系统的一种设计,其包括NSC和在其之后的CSF。这种设计在我们的WO2008/075111中有说明,其内容连同其中的参考文献都并入本文。但是,实验证明很难以比较简单和比较便宜的系统满足即将到来的EU6和US Tier 2 Bin 5的排放规定。

EP1536111公开了一种在内燃机工作期间,特别是在所述发动机的浓燃操作期间,从排气中除去甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)的设备和方法,其中所述设备包括用于发动机参数调整的装置、用于NOx还原的包括NOx还原催化剂的装置、和用于还原发动机排气中的甲烷和一氧化二氮的催化。在一个优选实施方案中,使用了包括钯和二氧化铈或二氧化锆组分作为颗粒滤清器上的氧存储组分的氮存储还原型催化剂,其中钯用于还原甲烷。

本发明的发明人注意到,用于现代的轻型柴油发动机的排气后处理的一个困难来自低排气温度,特别是在涡轮增压机下游,所述涡轮增压机从排气流中抽取能量从而进一步降低所述气体温度,这将导致催化剂起燃(light-off)困难。他们还注意到,这样的低温度会加重CSF氧化总HC的困难,特别是由于NSC再生所产生的HC有一部分为甲烷,且甲烷构成在再生期间离开NSC的HC的一大部分。

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