[发明专利]具有NOx存储催化器和前置催化器的尾气净化方法和尾气净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种尾气净化方法和一种尾气净化装置，用于可在稀混合气工况下运行的内燃机，包括一个NO_X存储催化器和一个前置催化器。本发明还涉及一种如权利要求12的前序部分所述的用于这种尾气净化装置的脱硫方法。

技术背景

NO_X存储催化器的作用是在稀混合气工况下存储尾气中含有的氮氧化物，并且在间歇式催化再生过程中，在浓尾气中的还原条件下将氮氧化物转化成无害的氮。其中要有目的地对所述NO_X存储催化器进行清空，使它恢复其对氮氧化物的全部吸收能力，而该能力随着在稀混合气阶段中氮化物积累的增加而连续下降。由于燃料中含有硫，所以在催化作用的表面上始终会形成稳定的硫酸盐，从而导致催化器逐渐中毒，而且其NO_X清除特性也逐渐降低。为保证始终正常的尾气净化效果，在实践中通过设定足够高的催化器温度，即高于约550℃，并且在足够高的有害物质含量条件下降低尾气中的氧含量，以周期性间隔对所述NO_X存储催化器进行除硫或脱硫。

前置催化器可提高尾气温度水平，并且实现一种有利的尾气成分组成。它可使尾气净化装置提前启动，并通过从NO至NO₂的氧化的有利过程对所述NO_X存储催化器内运行的吸收过程提供支持。此外它还对短时间的尾气温度峰值构成一个缓冲器，因为该峰值会造成对高温敏感的NO_X存储催化器的损坏。

通常为对老化效应进行补偿同时预留出一定的储备，所选择的催化器容积为发动机排量的50-100％，特别是发动机排量的55-70％。

在强迫点火式内燃机或柴油发动机中，为实现从NO到NO₂的氧化，在低于约180℃的温度下，所述前置催化器减弱或阻止在后置NO_X存储催化器的存储元件和特种钢上的NO的物理吸收，并且减弱或阻止了妨碍NO₂吸收的“NO薄膜”的形成，该薄膜特别是在较高的空间速度中会明显减小NO₂的化学吸收(吸附)，并且相应降低NO_X(NO₂)的存储能力。

作为NO/NO₂氧化前置催化器或者NO/NO₂转化器，通常采用纯铂催化器，因为它在约180℃以上具有所要求的良好氧化特性。混合了Pd和/或铑时，NO氧化物的点燃将明显向上移动到约300℃以上的温度，对于柴油发动机这是一个不利的温度范围。对柴油发动机催化器而言，混合这些物质也是不必要的，因为不必进行三元反应，而且HC氧化在纯铂条件下也能良好进行。此外，所需高温稳定性的问题也不那么突出(柴油发动机最高约为750℃)。

德国专利文献DE 19636041 A1中公开了一种相应的NO/NO₂转化器的应用，其中的铂用量优选为≥3.66g/cm³(60g/ft³)，其总容积与通常用在柴油发动机的尾气排放中的氧化催化器的区别是，仅为对应的压燃式内燃机排量的10-25％，特别是15-20％，因为在这种关系下可实现最佳的NO_X净化值。这特别适用于具有其特定尾气温度的直接喷射式内燃机。对应NO_X存储器的脱硫在以上文献中并没有描述，但是通过在所述较小的前置催化器之前将燃油成分加入到尾气中，可以实现脱硫，由于前置催化器很小，所以必须承受热老化造成的催化效果的早期降低。