[发明专利]在具有相同存储功能的催化转化器上游具有具有存储功能的催化活性壁流式过滤器的尾气后处理体系

说明书

本发明涉及尾气后处理体系，其包括优选催化活性的颗粒过滤器(壁-流式过滤器)，其依次接着优选具有催化活性功能的径流整料(flowthrough monolith)(流通式整料)。这两个组件对于存在于内燃机尾气的气态物质具有相同的存储功能。该体系尤其适用于从主要稀运行的内燃机以及主要以化学计量空气/燃料混合物运行的内燃机二者的尾气同时去除颗粒和污染物。同样还描述了这样的体系的制备及其用于尾气后处理的用途。

包含在机动车辆尾气内的排放物可分为三组。术语“一级排放”是指通过燃料在发动机中的燃烧过程直接产生的并存在于汽缸出口处的所谓未处理尾气的有害气体。稀薄燃烧发动机的未处理的尾气除一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NO_x)的通常一级排放外还包含最高15体积％的相对高的氧含量。也可能存在颗粒排放物，其包括烟灰残余物和可能的有机附聚物并且其由气缸内部分地不完全燃料燃烧产生。“二级排放”指的是在尾气净化体系中可作为副产物产生的有害气体。第三组包括这样的尾气组分，其活性地混合到尾气以便例如能够实现一级气体或二级排放物通过催化转化器表面(DeNOx，SCR)反应。

以主要是化学计量量的空气/燃料混合物运行的内燃机的尾气借助三元催化转化器以常规方法净化。这些能够同时将发动机的三种主要气态污染物(具体而言，烃、一氧化碳和氮氧化物)转化为无害组分。除了烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的气态污染物外，汽油发动机的尾气也包含由燃料的不完全燃烧引起的极细的颗粒(PM)，其基本上由烟灰组成。

由于与可吸入的极小颗粒(“细粉尘”)相关的潜在健康风险，自从2009年引入了EU-5尾气标准以来，在欧洲已经有了对于汽油发动机所允许的颗粒排放的限制。除了对于柴油发动机存在的颗粒质量限制值外，已经达成了对于柴油发动机更严格的颗粒数限制值的限制值范围的一致意见。对于火花点火式发动机，所述的限制值仍在讨论之中。因此根据将来在欧洲以及可能还在北美和日本适用的机动车法定尾气限制值不仅要求从尾气中去除有害气体，特别是氮氧化物(“脱氮作用”)还要求有效去除颗粒。

通过在合适的氧化催化转化器上氧化，有害气体一氧化碳和烃能由稀薄尾气相对容易地变得无害。有和没有另外的催化活性涂层的颗粒过滤器是用于去除颗粒排放物的适合的设备。由于在稀薄燃烧内燃机的尾气中的高氧含量，氮氧化物还原形成氮更为困难。已知的方法或者是基于使用氮氧化物存储催化转化器(NOx存储催化剂，NSC)，或者是在合适的催化转化器(简称为SCR催化转化器)上用于选择性催化还原(SCR)的方法，通常借助于氨作为还原剂。这些方法的组合也是通常已知的，其中例如氨作为二级排放物在浓集运行条件下在上游氮氧化物存储催化转化器上产生，该氨首先存储在配置在下游的SCR催化转化器中，在后续的稀薄操作阶段中利用以减少通过氮氧化物存储催化转化器的氮氧化物。DE 102007060623描述了现有技术的具有脱氮作用装置的尾气净化体系的多种变化形式。

在机动车辆的尾气后处理领域，优选在柴油车中，使用已知的壁流式过滤器来减少灰粒。这样的过滤器可以没有涂层或有催化涂层地使用。能引起烃和CO氧化并且可能氧化一氧化氮(NO)以形成二氧化氮(NO₂)的氧化催化剂形式的催化涂层是常规的。

然而，将来的立法要求所有出现的有害排出物如颗粒、HC和CO和NOx尽可能减少。为此目的，为了能够以最佳的可能的方式利用车中的可用安装空间，对于后处理体系而言，将来必要的是所使用的壁流式过滤器配有进一步的催化功能。因此，已经存在许多进一步的专利申请，其主题涉及具有氧化-催化活性涂层和/或降低烟灰点燃温度的涂层的颗粒过滤器(Catalytically Activated Diesel Particular Traps，Engler等，1985，SAE850007)。然而，具有其他催化活性材料的颗粒过滤器的涂层也越来越多地被考虑(关于氧化催化涂覆的过滤器EP1309775；关于涂有TWC材料的过滤器EP2042225、EP2042226、US2009093796；关于涂有NOx存储催化剂的过滤器EP1837497或EP1398069；关于涂有SCR催化剂的过滤器WO 08106523和EP1663458)。在一些应用中，如例如US 2006/0057046，也考虑了过滤器基材的尾气背压问题。这里，借助催化涂层的特定空间配置，在组件的整个长度产生尾气流过过滤器壁的最均匀的可能的流动。