[发明专利]用于稀燃发动机的HC-SCR系统

说明书

相关申请的交叉引用

根据35USC§119(e)，本申请要求2009年4月2日提交的美国临时申请系列No.61/116,6047、2009年4月2日提交的美国临时申请系列No.61/116,603以及2009年4月16日提交的美国临时申请系列No.61/169,932的优先权，所述申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及排气处理系统以及用于减少废气流中的污染物的方法。具体而言，本发明的实施方案涉及排气处理系统以及用于减少NOx的方法，其中所述的系统包括在部分氧化催化剂上的烃转化从而生成氢气以及废气流隔膜。

背景技术

稀燃发动机(例如柴油发动机机、贫燃汽油发动机机以及机车发动机)的操作提供了优异的燃料经济，并且由于在燃料稀缺条件下以高空气/燃料比例对其操作，其排放非常低量的气相烃和一氧化碳。特别地，柴油机在耐久性和能够在低速下生成高的转矩的方面也明显比汽油机更具优势。很难做到从稀燃发动机中有效减少NOx，因为在稀燃条件下NOx转化率极低。因此，通常需要在燃料稀缺条件下使用专门的减少NOx的操作措施将排气流的NOx成分转化成无害成分。

用于减少来自稀燃发动机的废气流中NOx的这种措施之一是使用NOx储存还原(NSR)催化剂，其也是本领域已知的“稀NOx捕获(LNT)”。NSR催化剂含有能够在稀缺条件下吸附或“捕获”氮氧化物的NOx吸附剂材料和铂族金属成分以提供具有氧化和还原功能的催化剂。在操作中，LNT催化剂促进下述等式1至5的一系列基本步骤。在氧化环境中，NO氧化成NO₂(等式1)，其是储存NOx的重要步骤。低温下，该反应通常由铂族金属成分，例如铂成分催化。该氧化过程并未在此停止。NO₂与原子氧结合进一步氧化成硝酸盐也是催化反应(等式2)。即使在NO₂作为NOx的来源的时候，在铂族金属成分不存在的条件下只有极少硝酸盐形成。铂族金属成分具有氧化和还原的双重作用。就其还原作用来说，铂族金属成分在例如CO(一氧化碳)、H₂(氢气)或HC(烃)的还原剂引入废气时首先催化释放NOx(等式3)。这一步骤可以恢复一些NOx储存位点，而且有助于NOx类的有限释放。然后在富余环境中将该释放的NOx进一步还原成气态N₂(等式4和5)。甚至在纯氧化环境中可以通过注入燃料来诱导NOx释放。然而，通过H₂、CO或HC对释放NOx的有效还原需要整体纯富余的条件。温度峰值也可以触发NOx释放，因为金属硝酸盐在高温下稳定性较差。NOx捕获催化作用循环操作。金属化合物被认为是在稀缺/富余操作中进行碳酸盐/硝酸盐的转化的主导路径。

NO氧化成NO₂

NO+1/2O₂→NO₂    (1)

NOx储存为硝酸盐

2NO₂+MCO₃+1/2O₂→M(NO₃)₂+CO₂    (2)

NOx释放

M(NO₃)₂+2CO→MCO₃+NO₂+NO+CO₂    (3)

NOx还原成N₂

NO₂+CO→NO+CO₂    (4)

2NO+2CO→N₂+2CO₂    (5)

在等式2和3中，M表示二价金属阳离子。M也可以是一价或三价金属化合物，这种情况下需要重新平衡该等式。

当富余时在NSR催化剂存在下发生NO和NO₂还原成N₂时，已经观察到氨(NH₃)也可能作为NSR催化剂的富脉冲再生的副产物形成。例如，NO的还原可以根据等式6和7进行。

NO还原成NH₃

CO+H₂O→H₂+CO₂    (6)

2NO+5H₂→2NH₃+2H₂O    (7)