[发明专利]用于柴油燃料重整装置的配置于废气流中的催化剂组合物和结构

说明书

发明领域

本发明涉及具有废气后处理的柴油动力产生系统。

背景

来自柴油发动机的NO_x释放是环境问题。几个国家包括美国，一直具 有未决的限制NO_x从货车或其他柴油动力车辆中释放的规定。制造者和研 究者已经为满足这些规定而付出了相当的努力。

在使用化学计量的燃料-空气混合物的汽油动力车辆中，三效催化剂已 被显示用来控制NO_x的释放。在使用压缩点火的柴油动力车辆中，废气通 常对于三效催化剂而言太过于富含氧而使其无效。

若干解决方法已被建议用于控制来自柴油动力车辆的NO_x释放。一批 方法针对发动机。例如废气循环和将燃料-空气混合物部分地均质化的技术 是有帮助的，但是仅这些技术将不会消除NO_x的释放。另一批方法将NO_x从车辆废气中去除。这包括利用贫燃NO_x催化剂、选择催化还原(SCR) 催化剂，和贫NO_x阱(LNTs)。

贫燃NO_x催化剂促进在富氧条件下的NO_x的还原。在氧化的气氛中还 原NO_x是困难的。已证实找到具有所需的活性、耐用性和运行温度范围的 贫燃NOx催化剂是有挑战性的。必须将还原剂如柴油燃料稳定地提供到 废气中用于贫NO_x还原，引入3％或更多的燃料经济损失。目前，贫燃NO_x催化剂的最大NO_x转化效率是无法接受的低。

SCR通常是指通过氨的NO_x选择催化还原。反应甚至发生在氧化环境 中。可以暂时地将NO_x贮存在吸收剂中，或者持续地将氨进料至废气中。 SCR可以实现高水平的NO_x还原，但是有缺点是，缺乏用于分布氨和适合 前驱体的下部结构。另一个关注涉及氨可能释放到环境中。

LNTs是在贫废气条件下吸收NO_x和在富条件下还原和释放吸收的 NOx的装置。LNT通常包括NO_x吸收剂和催化剂。吸收剂通常为碱土化 合物(如BaCO₃)，而催化剂通常为贵金属(包括Pt和Rh)的组合。在贫 废气中，催化剂加速了导致NO_x吸收的氧化反应。在还原的环境中，催化 剂激活将烃还原剂转化为多种活性物种的反应，从低活性的CO中生成更 活泼的氢的水-气转换反应，以及将吸收的NO_x还原并解吸附的反应。在 一般的操作方案中，将不时地要在废气中创造还原环境以再生(脱硝) LNT。

用于去除积聚的NO_x的再生可能被称为脱硝以区别于较少进行的脱 硫。可以以几种方法来创造脱硝的还原环境。一种方法是利用发动机以创 造富废气-还原剂混合物。例如，发动机可以在排出废气之前，在一个或多 个气缸中将额外的燃料注射到废气中。还原环境还可以通过在发动机下游 将还原剂注射到贫废气中来创造。在任何一种情况中，通常将一部分还原 剂消耗掉以消耗废气中过量的氧气。为了减少过量氧的量并且减少消耗过 量氧的还原剂的量，可以将发动机节流，尽管这样的节流可能对一些发动 机的性能产生不利的影响。

还原剂可以通过燃烧反应或重整反应来消耗过量的氧。通常，反应发 生在在氧化催化剂上、在LNT的上游或发生在燃料重整装置中。还原剂 还可以在LNT中直接被氧化，但这倾向于导致更快的热老化。第 2004/0550037号美国专利公开(以下用“′037公开”)描述了具有位于LNT 上游的废气管线中的燃料重整装置的废气系统。重整装置既包括氧化催化 剂又包括重整催化剂。重整装置既去除过量的氧又将柴油燃料还原剂转化 成更具活性的重整产品。

′037公开的氧化催化剂和重整催化剂承受苛刻的条件。根据′037公 开，期望将燃料重整装置加热至蒸汽重整温度以用于各个LNT的再生， 并且期望在再生期间将燃料脉冲式注射以防止燃料重整装置的过热。脉冲 造成当高温时催化剂在贫富条件间交替。催化剂自身倾向于通过这种可以 导致物理变化(特别是烧结，其导致催化剂微粒的生长)的循环来经历化 学变化。随着微粒的生长，它们的表面积和表面原子数减小，生成更低活 性的催化剂。