[发明专利]从发动机废气中除去有害化合物的方法和系统

说明书

本发明涉及用于在冷启动条件下从发动机废气中除去氮氧化物、挥发性有机化合物和颗粒物的方法和系统。

本发明涉及用于减少在发动机废气中存在的氮氧化物(NOx)和颗粒物的排放的方法和系统。具体地，本发明的方法和系统在发动机的冷启动期间提供NOx的改善的减少。

通常，具有贫燃发动机的车辆或固定式发动机的废气清洁系统配备有氧化催化剂、颗粒过滤器和催化剂，在还原剂的存在下用于选择性还原NOx(SCR)。

在挥发性有机化合物、一氧化氮和一氧化碳以及SCR催化剂的氧化中具有活性的氧化催化剂是本领域中已知的，并且公开于许多出版物中。

已知SCR催化剂的问题是在低于250℃的废气温度下的相对低效率。

具体地，冷启动排放减少是认证发动机时的一个重要问题。已探索到不同的方法，它们中的大多数基于通过不同的发动机措施加热废气，但常常导致恶化的燃料效率。

已知SCR反应能够显著加速，并且能够通过所谓的“快速”SCR反应在废气中的等量NO和NO₂下显著提高低温活性：

2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O。

增加NO₂的量的通常方法是使用SCR催化剂上游的氧化催化剂来将NO氧化为NO₂。然而，问题在于氧化催化剂在冷启动条件下的效率较差，并且在低于200℃的废气温度下形成非常低含量的NO₂。

本发明基于在废气通道中的废气清洁系统外部形成NO₂，并且以促进快速SCR反应的量将制备的NO₂注入发动机废气中。NO₂能够通过在第一步骤中由含有贵金属的催化剂将NH₃氧化为NO而由NH₃形成，并且随后在后续步骤中将NO₂氧化。

因此，本发明在第一方面提供了从发动机废气中除去氮氧化物、挥发性有机化合物和颗粒物的方法，所述方法包括以下步骤：

在以原样或其前体形式加入到所述发动机废气中的氨的存在下，使所述发动机废气按顺序通过氧化催化剂、通过颗粒过滤器和用于选择性还原氮氧化物的催化剂；

在低于250℃的发动机废气温度下，将含有二氧化氮的排放气体注入用于选择性还原氮氧化物的催化剂上游的发动机废气中；

通过以下步骤提供含有二氧化氮的排放气体：

在氧化催化剂的存在下，用含氧气氛将氨催化氧化为包含一氧化氮和氧气的排放气体；

将所述排放气体冷却至环境温度，并且将所述冷却的排放气体中的一氧化氮氧化为二氧化氮。

用于从压缩点火发动机中清洁发动机废气的清洁方法和系统本身是本领域中已知的，包括使发动机废气按顺序通过氧化催化剂(DOC)、通过颗粒过滤器(PDF)和催化剂，以在加入发动机废气中的氨的存在下像这样或以尿素前体的形式选择性催化还原氮氧化物(SCR)。

如前文所述，已知方法和系统的问题使在低于250℃的废气温度的冷启动条件下，SCR催化剂的相对低效率。该问题通过本发明解决，其中在冷启动温度期间将NO₂注入发动机废气中以促进“快速”SCR反应。该反应负责通过NO₂促进低温SCR。

当离开发动机时，含于发动机废气中的NO在250℃以上通过与DOC接触而被氧化为NO₂。因此，在250℃的温度以上，所有形成的NO₂的量均能够用于过滤器的被动烟尘再生和快速SCR反应。