[发明专利]钒捕集SCR系统

说明书

本发明涉及含ASC的离子交换的沸石在含钒的SCR催化剂的下游位置中作为挥发性钒化合物的捕集剂的用途。

说明书

本发明涉及含ASC的离子交换的沸石在含钒的SCR催化剂的下游位置中的用途。

燃烧过程的废气(特别是柴油发动机的废气以及直喷式稀混合操作的汽油发动机的废气)除了含有因燃料不完全燃烧而产生的有害气体一氧化碳(CO)和烃(HC)之外，还含有颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)。此外，柴油发动机的废气含有例如高达15体积％的氧气。众所周知，通过将可氧化的有害气体CO和HC通过合适的氧化催化转化器可将它们转化成无害的二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，并且通过将废气通过合适的颗粒过滤器可以将该颗粒去除。

在氧气存在下从废气中去除氮氧化物的技术在现有技术中也是众所周知的。SCR方法就是这些“脱氮方法”中的一种。这里，可将氨按原样或在环境条件下可分解成氨的前体化合物的形式添加到废气流中，“环境条件”应理解为是指在SCR催化转化器上游的废气流的空间区域中的当前条件。为了执行SCR方法，需要用于提供还原剂的来源、用于按要求将还原剂计量加入废气中的注入装置以及在废气的流动路径中布置的SCR催化转化器。还原剂来源、SCR催化转化器以及在SCR催化转化器上游布置的注入装置整体也被称为SCR系统。

由于存在未来适用的法定极限值，因此对于所有新注册的柴油车辆和直喷式稀混合燃烧汽油发动机来说，通常需要进行废气的后处理以去除发动机所排放的所有有害气体。针对氮氧化物的现代SCR系统的清洁效率的最佳范围大于95％。这就是为什么SCR方法目前被视为用于客车应用以及用于商用车辆标准应用的柴油废气脱氮的最有前景的清洁方法的原因。

如上所述，通常，在NH₃-SCR系统中，将氨或前体化合物作为还原剂注入设置有SCR催化剂的废气处理设备的废气流中。这种方法被称为“主动”SCR过程。在SCR系统中，当将氨(NH₃)用作还原剂时，存在的问题是在不完全转化或废气温度升高的条件下氨不能起到还原剂的作用，因此由于氨与NOx未反应，造成氨可能从排气口泄露，从而引起氨逃逸，进而引起二次污染。这里，术语“氨逃逸”被称为这样的现象：其中氨作为还原剂(以脲的形式)被注入SCR系统以去除从内燃机排放的废气中所包含的氮氧化物，由于各种原因未参与NOx的还原反应并且被排放到外部。

通常可通过引入10％-20％过量的氨来改善氮氧化物的转化，但是当然这也极大地增加了更高二次排放的风险，特别是增加了氨穿透。由于氨是一种即使在低浓度下也具有刺激性气味的气体，因此实际上的目标是尽量减少氨穿透。氨与废气中氮氧化物的摩尔比通常用α表示：

在例如机动车辆中的内燃机中，对氨进行精确计量由于机动车辆的操作条件的剧烈波动而存在很大的困难，并且有时会导致SCR催化剂下游相当大的氨穿透。为了抑制氨穿透，通常在SCR催化剂的下游布置氧化催化剂，以选择性地将突破的氨氧化成氮。这种抑制氨排放的催化剂在下文中被称为氨逃逸催化剂或ASC。将氨起燃温度T₅₀(NH₃)报告为催化剂的氧化力的量度。它表示氧化反应中氨转化率为50％时的反应温度。

布置在SCR催化剂的下游以氧化突破的氨的ASC在各种实施方案中是已知的。因此例如EP3015167A1、US2016107150AA、WO15187550和WO15128247A1就描述了这种催化剂。

因此，在用于从内燃机如柴油发动机的废气中去除氮氧化物的“主动”SCR系统中，首先存在的问题是提供催化剂以及通过选择性催化还原有效去除氮氧化物的条件。其次，不允许将未完全反应的氨和尚存的NOx释放到环境中。因此，有利的是ASC必须能够尽可能地减少这两者。