用于從發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中除去有害化合物的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于從稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中除去有害化合物的方法和系統(tǒng)，所述方法包括如下一系列步驟：使廢氣與催化劑接觸，所述催化劑在揮發(fā)性有機(jī)化合物與一氧化碳的氧化過程中為活性的；使處理過的廢氣穿過顆粒物過濾器，所述過濾器通過第一SCR催化劑催化；和使離開所述顆粒物過濾器的所述廢氣穿過第二SCR催化劑，其中在220℃以下或在大約220℃的溫度在催化的顆粒物過濾器上游將氨注入廢氣中，并且其中當(dāng)廢氣已經(jīng)達(dá)到大約200℃的溫度時(shí)將脲注入到所述第一和第二SCR催化劑之間的廢氣中。
【專利說明】用于從發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中除去有害化合物的方法和系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于減少來自稀薄燃燒內(nèi)部壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中存在的氮氧化物(NOx)和顆粒狀物質(zhì)排放的方法和系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供了在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的過程中改進(jìn)的NOx還原。
[0002]使用稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代汽車的排氣系統(tǒng)裝有氧化催化劑、顆粒物過濾器和在還原劑存在下用于選擇性還原NOx的催化劑(SCR)。
[0003]在揮發(fā)性有機(jī)化合物和一氧化碳的氧化中呈活性的氧化催化劑以及SCR催化劑是現(xiàn)有技術(shù)已知的并公開在許多出版物中。
[0004]一般使用的顆粒物過濾器是帶有多個(gè)進(jìn)氣道和出氣道的所謂的壁流過濾器。所述進(jìn)氣道在其出口處閉合和所述出氣道在其進(jìn)口處閉合，從而流入所述過濾器的氣體被迫通過界定所述通道的多孔壁，由此從所述氣體中濾出顆粒物質(zhì)。
[0005]在SCR處理中，通常使用氨作為還原劑。氨是有害化合物并且優(yōu)選通過在SCR催化劑上游作為氨前體注入熱的廢氣中的脲溶液的熱分解原位生成氨。
[0006]縱使脲是無害的并且相對(duì)容易儲(chǔ)存在汽車車身上，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)階段，即:當(dāng)廢氣溫度在200°C以下時(shí)，使用脲的液體溶液作為氨還原劑的前體是有問題的。
[0007]當(dāng)作為液體溶液注入廢氣中時(shí)，僅在大約200°C的溫度下脲分解為對(duì)于SCR足夠量的氨。
[0008]本發(fā)明是基于使用當(dāng)廢氣溫度在220°C以下時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段與氨還原劑低溫注入來自稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中組合的SCR催化的過濾器以及第二 SCR催化劑，其中必要的還原劑通過導(dǎo)入廢氣的脲在冷啟動(dòng)階段之后在200°C以上的溫度分解而形成。由此在完整的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中可以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中大于99%的NOx減少率。
[0009]這樣，本發(fā)明提供了用于從稀薄燃燒內(nèi)部壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中除去有害化合物的方法，其包括如下一系列步驟:
使廢氣與催化劑接觸，所述催化劑在揮發(fā)性有機(jī)化合物與一氧化碳氧化為二氧化碳和水以及一氧化氮氧化為二氧化氮的過程中為活性的；
使如此處理過的廢氣穿過顆粒物過濾器，所述過濾器通過用于氮氧化物選擇性還原的第一 SCR催化劑催化；和
使離開所述過濾器的所述廢氣穿過用于氮氧化物選擇性還原的第二 SCR催化劑，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)階段當(dāng)所述氣體具有在220°C以下或在大約220°C的溫度時(shí)，在催化的顆粒物過濾器上游將氨還原劑注入廢氣中，并且其中當(dāng)氣體已經(jīng)達(dá)到大約200°C的溫度時(shí)中斷氨的注入并將脲作為用于氨還原劑的前體注入到第一和第二 SCR催化劑之間的氣體中。
[0010]作為根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)，氨具有非常低的混合間距并且氨的注入允許氧化催化劑(DOC)和SCR催化的過濾器(SCR/DPF)以緊密連接的位置設(shè)置。緊密連接的位置連同小體積的DOC和SCR/DPF將便于這些單元的快速加熱并由此在冷啟動(dòng)之后的早期階段中具有充分的催化劑活性。DOC在冷啟動(dòng)階段初期由廢氣中的NO形成NO2并且緊密連接的過濾器SCR/DPF將具有用于由NO2被動(dòng)煙灰再生的溫度條件。
[0011]氨注入可以自160°C的廢氣溫度開始。在200°C以下的溫度，當(dāng)穿過DOC時(shí)氨基本上保持不轉(zhuǎn)化。
[0012]如此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，氨在與DOC接觸之前注入廢氣中。
[0013]或者，氨可以在DOC與SCR/DPF之間注入。
[0014]氨可以如在容器中一樣在車上儲(chǔ)存或者優(yōu)選通過例如熱脫附從固體氨儲(chǔ)存材料中釋放出來。固體氨儲(chǔ)存材料，如金屬胺鹽或銨化合物在本領(lǐng)域中例如由WO 2206/012903可知。
[0015]當(dāng)廢氣溫度為大約220°C時(shí)中斷氨注入，并在大約200°C開始將脲注入離開催化的過濾器的廢氣中。
[0016]這暗示著對(duì)于冷啟動(dòng)階段過程中總的NOx還原來說僅需要有限量的儲(chǔ)存的氨。在主要的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，當(dāng)廢氣在220°C以上時(shí)，通過在SCR/DPF和第二 SCR之間注入熱的廢氣中的脲溶液的分解形成氨。
[0017]在200°C以上，廢氣中的NO通過與DOC接觸被氧化為N0-N02。所形成的NO2用于DPF的被動(dòng)再生中。這樣，在220°C溫度以上，全部量的所形成的NO2可以專門地用于過濾器的被動(dòng)煙灰再生。
[0018]通過現(xiàn)代的低的煙灰排放發(fā)動(dòng)機(jī)，可以依賴被動(dòng)煙灰再生并且到第二 SCR催化劑的最大進(jìn)口溫度可以保持在550°C以下。這暗示了所述第二 SCR催化劑可以選自較便宜的釩或沸石催化劑化合物。
[0019]作為根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，被動(dòng)再生是更有效的，因?yàn)樵谥饕?qū)動(dòng)循環(huán)過程中廢氣中不存在氨并且SCR/DPF的SCR功能中斷。
[0020]在來自第二 SCR的廢氣中可以存在少量氨。因此優(yōu)選使來自第二 SCR的廢氣穿過第二 SCR下游的選擇性氨氧化催化劑。所述選擇性的氨氧化催化劑將氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?br> [0021]本發(fā)明另外提供了在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的系統(tǒng)。
[0022]所述系統(tǒng)包括在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道中串聯(lián)設(shè)置的
用于揮發(fā)性有機(jī)化合物與一氧化碳氧化為二氧化碳和水以及一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化催化劑單元；
包含用于氮氧化物選擇性還原的第一催化劑的顆粒物過濾器；
用于氮氧化物選擇性還原的第二催化劑單元；
在所述顆粒物過濾器上游，用于氨注入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道的注射裝置；和在所述顆粒物過濾器與用于氮氧化物選擇性還原的所述第二催化劑之間，用于脲注入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道的注射裝置。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述用于氨注入的注射裝置設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與氧化催化劑單元之間。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述用于氨注入的注射裝置與容納固體氨儲(chǔ)存材料的容器連接。
[0025]當(dāng)DOC和SCR/DPF以緊密連接的位置設(shè)置時(shí)，溫度損失受到限制，這有利于更高的溫度和在DOC上增加的NO2形成以及導(dǎo)致改善的被動(dòng)煙灰再生的過濾器中更高的溫度。
[0026]為了除去SCR催化劑中尚未轉(zhuǎn)化的少量氨，優(yōu)選在所述第二 SCR單元下游設(shè)置氨分解催化劑。
[0027]由此所述系統(tǒng)將具有下面構(gòu)型之一:
發(fā)動(dòng)機(jī)一緊密連接的DOC — NH3?2200C )—緊密連接的SCR/DPF —脲(>200°C )—第二 SCR — ASC或者
發(fā)動(dòng)機(jī)一NH3?2200C )—緊密連接的DOC —緊密連接的SCR/DPF —脲(>200°C )—主要 SCR — ASC。
[0028]如前文已經(jīng)提及，用于本發(fā)明的合適的催化劑是本領(lǐng)域已知的，并不是本發(fā)明的一部分。
[0029]優(yōu)選地，集成在用于本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中的過濾器中的所述第一 SCR催化劑是基于熱穩(wěn)定的銅和/或鐵促進(jìn)的沸石或硅鋁磷酸鹽化合物。
[0030]用于本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的所述第二 SCR催化劑優(yōu)選選自在二氧化鈦上的釩、銅和/或鐵促進(jìn)的沸石、銅和/或鐵促進(jìn)的硅鋁磷酸鹽，任選地與帶有氧化鋯和氧化鋁的氧化鋪組合。
【權(quán)利要求】
1.用于從稀薄燃燒內(nèi)部壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中除去有害化合物的方法，其包括如下一系列步驟: 使廢氣與催化劑接觸，所述催化劑在揮發(fā)性有機(jī)化合物與一氧化碳氧化為二氧化碳和水以及一氧化氮氧化為二氧化氮的過程中為活性的； 使如此處理過的廢氣穿過顆粒物過濾器，所述過濾器通過用于氮氧化物選擇性還原的第一 SCR催化劑催化；和 使離開所述過濾器的所述廢氣穿過用于氮氧化物選擇性還原的第二 SCR催化劑，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)階段當(dāng)所述氣體具有在220°C以下或在大約220°C的溫度時(shí)，在催化的顆粒物過濾器上游將氨還原劑注入廢氣中，并且其中當(dāng)氣體已經(jīng)達(dá)到大約200°C的溫度時(shí)中斷氨的注入并將脲作為用于氨還原劑的前體注入到所述第一和第二 SCR催化劑之間的氣體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氨還原劑在與氧化催化劑接觸前注入到廢氣中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氨還原劑在氧化催化劑與SCR催化的顆粒物過濾器之間注入到廢氣中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中所述氨還原劑在注入廢氣之前由氨吸收劑釋放出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中所述廢氣進(jìn)一步穿過在第二SCR催化劑下游的用于氨選擇性氧化的氨氧化催化劑。
6.在根據(jù)權(quán)利要求1的方法中使用的系統(tǒng)，其包括在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道中串聯(lián)設(shè)置的 用于揮發(fā)性有機(jī)化合物與一氧化碳氧化為二氧化碳和水以及一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化催化劑單元； 包含用于氮氧化物選擇性還原的第一催化劑的顆粒物過濾器； 用于氮氧化物選擇性還原的第二催化劑單元； 在所述顆粒物過濾器上游，用于氨注入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道的注射裝置；和 在所述顆粒物過濾器與用于氮氧化物選擇性還原的所述第二催化劑之間，用于脲注入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通道的注射裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述用于氨注入的注射裝置設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與氧化催化劑單元之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，其中所述用于氨注入的注射裝置與容納固體氨儲(chǔ)存材料的容器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述氧化催化劑單元和包含氮氧化物選擇性還原的第一催化劑的所述顆粒物過濾器以緊密連接的位置設(shè)置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其在用于氮氧化物選擇性還原的第二催化劑單元下游進(jìn)一步裝有用于氨選擇性氧化為氮?dú)獾拇呋瘎﹩卧?br> 【文檔編號(hào)】F01N3/20GK104136099SQ201280071068
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】K.約翰森 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司