[發明專利]用于處理含NOX和顆粒的柴油排氣的催化劑體系

在審

• 申請號: 201380058683.X
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104780997A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: M·施菲爾;U·格比爾;F·多恩豪斯;A·舒勒;R·豪伊爾;M·普菲弗;G·杰斯克
• 申請（專利權）人: 優美科股份公司及兩合公司
• 主分類號: B01D53/94
• 分類號: B01D53/94;B01J23/42;B01J23/44;B01J23/58;F01N3/035;F01N3/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 汪宇偉

本發明涉及一種用于處理柴油排氣的催化劑體系，該催化劑體系在該排氣的流動方向上包含一種氮氧化物存儲催化劑和一種柴油微粒過濾器，其中這兩種成分包括催化活性的貴金屬。

由柴油發動機驅動的機動車輛的排氣不僅包含一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)，而且還包含來源于在汽缸的燃燒室中的燃料的不完全燃燒的多種成分。這些不僅包含通常同樣主要呈氣體形式的殘余的烴類(HC)，而且還包含也被稱為“柴油炭煙”或者“炭煙顆粒”的微粒排放物。這些是，由主要地含碳的固體顆粒以及通常主要由相對長鏈的烴縮合物組成的一種粘附液相構成的復合團聚體。粘附到這些固體成分上的液相也被稱為“可溶的有機部分SOF”或者“揮發性的有機部分VOF”。

為了清潔這些排氣，所述成分必須非常實質性地轉化為無害的化合物，這僅僅使用適合的催化劑是可能的。

例如，粘附在炭煙顆粒上的一氧化碳(CO)、氣態烴類(HC)以及任何有機團聚體(被稱為“揮發性有機部分”，VOF)可以在氧化催化劑的幫助下氧化地去除。

通過使用微粒過濾器從柴油車輛的排氣中去除微粒排放物。微粒過濾器總體上是壁流式過濾器基底，即，具有氣密密封的、被多孔壁界定的并且彼此分開的交替的流入和流出通道的蜂窩狀物。通過存在于出口側上的氣密閉合塞迫使正流動進入到流入通道中的含微粒的排氣穿過多孔壁，并且從在該流入側上封閉的流出通道處再次離開該壁流式過濾器基底。在這個過程中，柴油炭煙從該排氣中過濾出去。

隨著過濾的炭煙顆粒量的增加，在該排氣系統中的背壓上升，并且所以該過濾器必須定期通過燒掉炭煙進行再生。由于炭煙與氧的著火和燒盡所要求的超過550℃的溫度典型地可能僅在現代客運車輛柴油發動機中的全負荷工作中實現，為了防止該過濾器被炭煙堵塞，附加的措施對于過濾的炭煙顆粒的氧化是絕對必要的。為此目的，該過濾器可以涂覆有一個能夠降低炭煙著火溫度的催化劑層。配備有一個催化劑層的微粒過濾器也被稱為cDPF(催化的柴油微粒過濾器)并且，例如，在SAE文件SAE?2005-01-1756中進行了描述。

去除氮氧化物的一種可能的方式是使用氮氧化物存儲催化劑，其中術語“貧NOx捕捉器”或LNT已經建立。其清潔作用是基于通過主要呈硝酸鹽形式的該存儲催化劑的存儲材料在該發動機的一個貧工作階段中對氮氧化物的存儲，以及其再次在該發動機的一個隨后的富工作階段的分解，以及由此釋放的氮氧化物與這些還原性的排氣成分在該存儲催化劑上反應以便產生氮氣、二氧化碳以及水。這種工作模式例如在SAE文件SAE?950809中進行了描述。

有用的存儲材料尤其包括鎂、鈣、鍶、鋇、堿金屬、稀土金屬的氧化物、碳酸鹽或氫氧化物或其混合物。因為它們的堿性特性，這些化合物能夠與排氣中的酸性氮氧化物形成硝酸鹽并且以此方式儲存它們。它們以非常高的分散度(dispersion)沉積在適合的載體材料上來產生與排氣的大的相互作用面積。氮氧化物存儲催化劑總體上附加地包含貴金屬如鉑、鈀和/或銠作為催化活性組分。它們具有以下任務，首先在貧條件下將NO氧化為NO₂，并且將CO和HC氧化為CO₂，并且其次將在其中氮氧化物存儲催化劑再生的富工作階段過程中釋放的NO₂還原為氮氣。

在氧的存在下從排氣除去氮氧化物的另一種已知方法是通過氨在一種合適催化劑(SCR催化劑)上的選擇性催化還原的方法(SCR方法)。在這個方法中，有待從排氣中去除的氮氧化物與氨進行反應產生氮和水。用作還原劑的氨可以作為排氣系統中的次級排放物而產生，或可以通過將一種可以形成氨的前體化合物計量引入至排氣線和隨后的水解供使用，該前體化合物例如尿素、氨基甲酸銨或甲酸銨。

該SCR方法的后者的變體的完成要求一個用于提供還原劑的來源、一種用于將該還原劑如所要求地計量引入到排氣中的注射裝置、以及一種布置在該排氣的流動路徑中的SCR催化劑。

為了能將所討論的有害的排氣組分去除到所要求的程度，所述催化劑和過濾器必須以一種適合的方式彼此結合以便形成一個排氣處理系統。這對于要滿足Euro6標準或甚至后繼標準的車輛尤其是如此。