[发明专利]氢气辅助的集成排放控制系统

说明书

本发明提供一种用于处理排气料流的排放控制系统，其包括布置在与排气料流流体连通的基底上的氧化催化剂组合物；布置在所述氧化催化剂组合物下游的基底上的至少一种选择性催化还原(SCR)组合物，和配置成在所述氧化催化剂组合物上游或在所述氧化催化剂组合物下游和在所述至少一种SCR组合物上游将氢气引入排气料流中的氢气喷射制品。本发明还提供一种处理排气料流的方法，所述方法包括将排气料流接收到本发明的排放控制系统中和在所述氧化催化剂制品上游或在所述氧化催化剂制品下游和在所述SCR制品上游间歇引入氢气。

发明领域

本发明大体上涉及选择性催化还原催化剂和氧化催化剂以及使用这样的催化剂的排放控制系统的领域。

发明背景

关于内燃机排放物的环境法规在全世界变得越来越严格。由于它们在稀燃条件下在高空/燃比下运行，稀燃发动机，例如柴油机的运行为使用者提供优异的燃料经济性。但是，柴油机也排放含颗粒物(PM)、未燃烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)的废气排放物，其中NO_x描述各种化学类型的氮氧化物，尤其包括一氧化氮和二氧化氮。排气颗粒物的两种主要组分是可溶有机成分(SOF)和碳烟成分。SOF成层凝结在碳烟上，并通常源自未燃柴油燃料和润滑油。SOF可以根据排气的温度以蒸气或以气溶胶(即液体冷凝物的微滴)形式存在于柴油机排气中。碳烟主要由碳粒子构成。

包含分散在耐火金属氧化物载体，如氧化铝上的铂族金属(PGM)的氧化催化剂已知用于处理柴油机的排气以通过催化这些污染物的氧化将烃和一氧化碳气态污染物转化成二氧化碳和水。此类催化剂通常包含在被称为柴油机氧化催化剂(DOC)的单元中，将所述单元安置在来自柴油机动力系统的排气流路中以在其排放到大气中之前处理该排气。通常，柴油机氧化催化剂在陶瓷或金属基底上形成，在其上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除转化气态HC和CO排放物和颗粒物(SOF部分)外，含有PGM的氧化催化剂还促进NO氧化成NO₂。催化剂通常通过它们的起燃(light-off)温度或达到50％转化的温度(也称为T₅₀)定义。

用于处理内燃机排气的催化剂在相对低温运行期间，如发动机运行的初始冷启动期间较低效，因为发动机排气没有在足够高以有效催化转化排气中的有害组分的温度下。为此，本领域中已知的是包括吸附剂材料(其可以是沸石)作为催化处理系统的一部分以吸附和/或吸收气态污染物，通常烃，并在初始冷启动期间留住它们。随着排气温度提高，储存的烃从吸附剂中驱出并在较高温度下经受催化处理。

减少来自稀燃发动机，如汽油直喷和部分稀燃发动机，以及来自柴油机的排气的NO_x的一种有效方法要求在稀燃发动机运行条件下捕集和储存NO_x并在化学计量或富燃发动机运行条件下或在稀燃发动机运行下通过在排气中喷入外加燃料以引发富燃条件来还原捕集的NO_x。稀燃运行周期通常为1分钟至20分钟且富燃运行周期通常短(1至10秒)以保留尽可能多的燃料。为提高NO_x转化效率，短时间和频繁再生优于长时间但较不频繁的再生。因此，稀燃NO_x捕集催化剂通常必须提供NO_x捕集功能和三元转化功能。

一些稀燃NO_x捕集器(LNT)系统含有碱土金属元素。例如，NO_x吸附剂组分包括碱土金属氧化物，如Mg、Ca、Sr或Ba的氧化物。另一些LNT系统可含有稀土金属氧化物，如Ce、La、Pr或Nd的氧化物。NO_x吸附剂可与铂族金属催化剂，如分散在氧化铝载体上的铂结合用于催化NO_x氧化和还原。LNT催化剂在循环稀燃(捕集模式)和富燃(再生模式)排气条件下工作，在此期间将发动机输出的NO转化成至N₂。