[發明專利]柴油機排氣裝置和因此的催化劑組合物

無效

• 申請號: 200680037148.6
• 申請日: 2006-07-28
• 公開（公告）號: CN101287550A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: K·E·福斯;K·哈爾斯特倫;R·卡克瓦尼;S·孫
• 申請（專利權）人: 巴斯福催化劑公司
• 主分類號: B01J23/56
• 分類號: B01J23/56;B01D53/94;B01J37/02;F01N3/022;F01N3/035
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

相關申請的交叉引用

本申請要求了申請日為2005年8月5日、題目為“柴油機排氣裝置和因此的催化劑組合物”的美國臨時申請No.60/705,823的優先權。

發明領域

本發明涉及一種用于降低來自柴油機的有害排放物的裝置和催化劑組合物，更特別涉及一種用于提高排放物中顆粒組分的氧化效率的裝置。

發明背景

柴油機排氣是一種非均相的混合物，其中不僅含有氣態的排放物例如一氧化碳(“CO”)、未燃燒的烴(“HC”)和氧化氮(“NO_x”)，還含有冷凝相物質(液體和固體)，所述冷凝相物質由所謂的顆粒或顆粒物質組成。總的顆粒物質(“TPM”)排放物包含三種主要組分。一個組分為含碳部分或煙塵部分，這種干燥的含碳物質提供了一般與柴油機排氣相關的可視煙塵排放物。

TPM的第二中組分為可溶的有機部分(“SOF”)。這種可溶的有機部分有時指的是揮發性的有機部分(“VOF”)(將用在這里的術語)。VOF可以或者作為蒸氣或者作為氣溶膠(冷凝液體的微小液滴)而存在于柴油機的排氣中，這取決于柴油機排氣的溫度，并且一般以冷凝的液體形式在52℃的標準顆粒收集溫度下存在于在稀釋的排氣中，正如標準的測量實驗，例如U.S.Heavy?Duty?Transient?Federal?Test?Procedure中所建議的那樣。這些液體源自兩個來源：(1)每次活塞上下運動由發動機圓柱壁掃下的潤滑油；以及(2)未燃燒的或部分燃燒的柴油機燃料。

顆粒的第三種組分為所謂的硫酸鹽部分。這種硫酸鹽部分由少量的存在于柴油機燃料中的硫組分形成。柴油燃燒期間形成了少部分的SO₃，這反過來又快速地與在排氣中的水結合以形成硫酸。硫酸作為冷凝相與顆粒一起收集成為氣溶膠，或者吸收于其他顆粒組分上，并且因此加入到TPM物質中。

一種當前用于高水平的顆粒降低的關鍵的后處理技術為柴油機顆粒物過濾器。有許多已知的過濾器結構可用于從柴油機排氣中除去顆粒，包括蜂窩壁流過濾器、繞線式或填充式纖維過濾器、開放小室泡沫過濾器，燒結金屬過濾器等。然而下述的陶瓷壁流過濾器得到了最多的關注。這些過濾器能夠除去超過90％的來自于柴油機排氣的顆粒物質，所述過濾器為用于除去來自排氣的顆粒的物理結構，隨著顆粒積聚在過濾器上，使來自于柴油機上過濾器的背壓增加，因此，積聚的顆粒必須連續或間歇從過濾器中燃盡以保持可接受的背壓。不幸的是，碳煙塵顆粒要求超過500到550℃的溫度以在富氧(貧)排氣的條件下燃燒。這是比典型的柴油機排氣溫度更高的溫度，為了給過濾器提供鈍態的再生，通常引入供給物以降低煙塵的燃燒溫度。已經發現催化劑的存在促進了煙塵的燃燒且因此過濾器在實際負荷循環下柴油機排氣中可以達到的溫度下再生。在這種方法中催化的煙塵過濾器(CSF)或催化的柴油顆粒過濾器(CDPF)可以是有效的提供與積聚煙塵鈍態燃盡一起的大于90％的顆粒降低，且由過濾器再生的方法。

困擾低孔CSF使用的經常發生的問題是由于在過濾器上過快形成顆粒物質所導致的，特別是在較低的柴油機排氣溫度下。例如在低負載和啟動的條件下觀察到了較低的柴油機排氣溫度，在較低的柴油機排氣溫度下，位于過濾器上的催化劑催化在過濾器上收集的顆粒物質燃燒的效率較低，排氣系統中的背壓增加。過去采用了不同的應對在CSFs上顆粒形成以及后來建立背壓的策略，如下所述。

例如美國專利No.4,902487公開了一種用于柴油機排氣處理的方法，其中在排出前，排氣穿過過濾器以除去那里的顆粒，且沉積在過濾器上的顆粒與在排氣流中催化形成的含有氧化氮(NO₂)的氣體一起燃燒。其公開了將催化劑放入過濾器的上游以達到這一目的。公開的上游催化劑在柴油機排氣流中生成含有一氧化氮(NO)的NO₂。

GB1,014,498公開了用于過濾和純化含有固體顆粒的內燃機排氣的方法和裝置。通過氣體快速向外穿過適合保持更大的顆粒的小球型氧化催化劑的第一過濾器且之后快速向外穿過周圍的并適合保持更小尺寸顆粒的第二過濾器，排氣的速率逐漸降低。第一過濾器由小球組成，所述小球是難熔且耐磨損的，并用活性催化劑物質浸漬(例如，氧化鋁顆粒通過具有1.5至5mm直徑的氧化鈷(Co₂O₄)浸漬)。雖然其他的物質也可用于形成第二過濾器，但是第二過濾器由合成纖維組成。