[发明专利]降低柴油发动机废气中含氮污染气体的催化剂

说明书

本发明涉及从使用贫空气/燃料混合物运转的内燃机(称为＂贫燃 发动机＂)的废气，尤其是从柴油发动机的废气中除去含氮污染气体。

存在于使用贫燃发动机运转的机动车的废气中的排放物可以分成 两类。因此，术语主排放物是指通过发动机中的燃料的燃烧过程直接 形成的污染气体并且存在于在经过废气净化设备之前的原始排放物 中。二次排放物是可以在该废气净化单元中作为副产物形成的污染气 体。

贫燃发动机的废气包含一般的主排放物一氧化碳CO、烃HC和氮氧 化物NOx连同高达15体积％的较高氧气含量。一氧化碳和烃可以容易地 通过氧化使之无害。然而，氮氧化物向氮气的还原困难得多，这是因 为高的氧含量所致。

在氧气存在下从废气中除去氮氧化物的已知方法是借助于氨在适 合的催化剂(简称为SCR催化剂)上的选择性催化还原方法(SCR方法)。

在此，根据发动机原理和废气单元的结构，在＂活性＂和＂惰性＂SCR 方法间作出区别，在＂惰性＂SCR方法中，在废气单元中按目标方式产 生的二次氨排放物用作除去氮氧化物的还原剂。

因此，US 6,345,496B1描述了净化发动机废气的方法，其中重复 地交替设置贫和富空气/燃料比并让这样产生的废气通过废气单元，该 废气单元包含仅在富废气条件下在流入端将NOx转化成NH₃的催化剂， 同时包含在贫条件下吸附或储存NOx并在富条件下释放NOx的另一种催 化剂，以致它可以与通过流入端催化剂产生的NH₃反应而在流出端形成 氮气。作为替代方案，根据US 6,345,496B1，可以将在富条件下储存 NH₃并在贫条件下解吸NH₃并借助于氮氧化物或氧气将它氧化而形成氮 气和水的NH₃吸附和氧化催化剂放置在流出端。

WO 2005/064130也公开了包含位于流入端的第一催化剂的废气单 元，该第一催化剂从废气成分在富相期间产生NH₃。在第二下游催化剂 中，NH₃被周期性地储存。使存在于贫相中的废气中的氮氧化物与该储 存的氨起反应。该废气单元还包含含第三贵金属的催化剂，该催化剂 至少包含在载体材料上铂、钯或铑，该载体材料能够在富相期间储存 氨并在贫相期间再次将它解吸。

WO 2005/099873 A1要求按循环富/贫操作从贫燃发动机的废气中 除去氮氧化物的方法，该方法包括以下分步骤：在贫废气中将NOx储存 在NOx储存组分中，在富废气中将储存的NOx就地转化成NH₃，将NH₃储存 在至少一种NH₃储存组分中并使NH₃与NOx在贫废气条件下反应，其中第 一和最后的分反应进行至少部分时间和/或部分同时地和/或平行地进 行。为了进行该方法，要求集成催化剂体系，其包含至少一种NOx储存 组分，NH₃产生组分，NH₃储存组分和SCR组分。

此种＂惰性＂SCR方法的使用限于其中还原(＂富＂)废气条件可以 没有较大难度地在发动机中产生的车辆。这适用于直接注射汽油发动 机。另一方面，柴油发动机不能容易地使用低于化学计量(＂富＂)空 气/燃料混合物进行运转。还原废气条件的产生必须借助于发动机外部 的手段，例如燃料的后续注入到废气设备组来完成。这样导致在与HC 废气极限依附方面的问题，导致下游氧化催化剂中的放热反应，该氧 化催化剂的过早热老化和相当重要的是导致燃料消耗的显著提高。＂ 活性＂SCR方法因此集中于从柴油发动机的废气中除去NOx的开发和应 用。

在＂活性＂SCR方法中，从伴有附加槽借助于注射喷嘴将还原剂引 入废气设备组。可以容易地分解成氨的化合物例如脲可以代替氨用于 这一目的。氨必须按至少与氮氧化物化学计量的比例添加到废气中。

氮氧化物的转化通常可以通过引入10-20％过量的氨改进，但是这 急剧地增加更高二次排放物的风险，尤其是由于提高的氨穿透。因为 氨是甚至在低浓度下仍具有刺激气味的气体，所以在实践中目的是使 氨穿透最小化。废气中氨与氮氧化物的摩尔比通常由α表示：